智能電源管理

　　摘要：綠色節(jié)能，對電源的智能管理提出了更高的要求，不僅需要電源系統(tǒng)具有更高的轉(zhuǎn)換效率，還需要對電源系統(tǒng)進行動態(tài)運行的能效分析和控制，使得電源系統(tǒng)隨著各種條件的變化，始終實現(xiàn)高效節(jié)能。

　　一切智能化之時，能源管理是否也應(yīng)該走向智能化?

　　當人們再談?wù)摳鞣N節(jié)能減排，可再生能源、綠色電子技術(shù)之時，很容易忽略掉的是，如何通過更好的規(guī)劃電源使用的不同場景，進行有針對性的調(diào)整，以達到更高的電源利用效率，這其實也是一種卓有成效的環(huán)保策略。更重要的是，在確保用戶體驗不受影響的前提下，再談節(jié)能環(huán)保才有實際商業(yè)的意義，而這種根據(jù)工作狀態(tài)進行運行狀態(tài)調(diào)整的智能管理，前提就是不僅不影響用戶體驗，反而能滿足用戶對更高體驗的追求的解決方案，而從成本角度上看，雖然前期在硬件和軟件方面的支出，并需要更多的維護運營成本，但通過節(jié)省了能源消耗和提升系統(tǒng)工作效率與主系統(tǒng)的工作時間角度考量，整體的使用成本其實是有所下降的。所以，智能化能源管理，是未來重要的節(jié)能趨勢。

　　大到智能電網(wǎng)，普遍到各種電源控制與模式調(diào)整，細微到元器件內(nèi)部的智能PMU，智能化電源管理正在人們的生活中變得越來越普遍。據(jù)Gartner分析，在各種半導(dǎo)體改變能源效率的應(yīng)用中，智能化能源管理是增加用戶體驗最行之有效的方式，并且會在未來3-5年內(nèi)逐漸成為節(jié)能降耗最主要的技術(shù)趨勢。而在智能化電源管理過程中，半導(dǎo)體產(chǎn)品的應(yīng)用量將是以每年20%的數(shù)量遞增。

　　廣泛意義上的智能電源管理，是一個完整的軟件與硬件相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)，智能電源管理未來發(fā)展的重要主題就是高能效。首先要有能夠?qū)﹄娫聪到y(tǒng)進行控制管理以及采集各種工作信息參數(shù)的硬件設(shè)備，然后通過智能電源系統(tǒng)里面的管理軟件，檢測各個設(shè)備單元的當前參數(shù)，如電壓、電流、溫度、負載變化情況等，然后根據(jù)獲取的各單元運行參數(shù)通過各種通信協(xié)議傳輸，匯總到處理單元進行調(diào)度管理，以實現(xiàn)電源系統(tǒng)各單元的有選擇性、高能效、高可靠的運行?！　?/p>

 

　　隨著3G技術(shù)的迅猛發(fā)展，金融、電信網(wǎng)絡(luò)的新一代基站和數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，也對電源動力系統(tǒng)提出了更高的要求。與此同時，3G技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模普及，集中度越來越高，數(shù)據(jù)量傳輸量越來越大，這就要求電源廠商必須加大對創(chuàng)新技術(shù)的投入，提高產(chǎn)品的高效節(jié)能性能，并通過推出高附加值的產(chǎn)品或解決方案來為用戶節(jié)約投資成本，同時保障運行的穩(wěn)定性和高效性，才能充分保障用戶體驗。系統(tǒng)應(yīng)用對電源用電量的增加給電源提出了更高的挑戰(zhàn)，可靠性、穩(wěn)定性都需要達到更高的要求。

　　綠色、模塊化、智能化一直是這幾年電源動力系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新的重點。綠色要求電源系統(tǒng)以高效率、高功率因數(shù)運行，不會對電網(wǎng)造成諧波污染，不對其他設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾;模塊化要求電源提升系統(tǒng)的可靠性;智能化要求電源實現(xiàn)了靈活的故障診斷與保護，確保可靠運行。

　　在本文中，我們很難關(guān)注涉及整個智能電源管理的整個系統(tǒng)，我們僅從半導(dǎo)體產(chǎn)品的角度去探討智能電源管理系統(tǒng)對半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求以及帶來的改變。

　　智能化趨勢的挑戰(zhàn)

　　智能化逐漸成為電源管理市場的新趨勢，面對智能化的能源和電源管理趨勢，電源半導(dǎo)體產(chǎn)品的面臨著全新的需求與技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

　　智能電源日漸盛行，NXP大中華區(qū)資深產(chǎn)品營銷經(jīng)理張錫亮認為，這為數(shù)字控制系統(tǒng)和數(shù)字通信帶來諸多機會，包括無線和有線方式。由于系統(tǒng)可以準確知道所需電量并要求供應(yīng)相應(yīng)電量，因此智能電源可以節(jié)省更多用電。它還帶來了組合發(fā)展機遇，例如在電源線上進行數(shù)據(jù)通信。對發(fā)電廠而言，更容易獲知電源負載 (或需求)，從而更易于準備充足的電量。而對于個人和家庭而言，有更多的電源可供智能分配，如太陽能、風(fēng)力發(fā)電和發(fā)電廠供電。一些趨勢推動著智能電源不斷發(fā)展：“越來越多的檢測和通信方式 (有線及無線) 耗用更低的電量，例如電源上的數(shù)據(jù)、Zigbee、WIFI等”。

　　TI中國區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理程文濤將電源半導(dǎo)體產(chǎn)品在智能化電源系統(tǒng)中應(yīng)用分為兩個方面，一是增加電源和控制系統(tǒng)之間的通訊的智能，這一點以目前服務(wù)器電源的發(fā)展為代表;二是電源自身優(yōu)化控制的智能，這一點以TI的UCD3K為代表。當然TI的UCD3K系列產(chǎn)品也包含了與控制系統(tǒng)之間通訊的智能。目前，在網(wǎng)絡(luò)及通訊領(lǐng)域，對電源本身的監(jiān)控、調(diào)節(jié)、保護，以及增加電源的智能以保護昂貴的主芯片等方面的要求越來越普遍，市場需求越來越大。在不增加總體成本的前提下如果要達到這些要求，數(shù)字控制的電源，或模擬控制帶數(shù)字接口的電源成為必需。這已經(jīng)成為高端電源產(chǎn)品發(fā)展的一個共同方向。

　　智能電源管理技術(shù)供應(yīng)商已不僅僅局限在電源技術(shù)本身，同時更多地關(guān)注系統(tǒng)信號鏈的把握和系統(tǒng)的應(yīng)用。在器件設(shè)計角度來看，通過器件帶有的特性提升整體工作效率。比如,電源器件通過檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如動態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓來達到效率優(yōu)化的目的。從工藝角度來看，功率器件工藝的改進是提高效率的關(guān)鍵。ADI公司電源管理部門市場工程師張潔萍的視角比較關(guān)注通信接口方面，她認為，智能化電源管理需要對用電設(shè)備進行即時監(jiān)控，包括電流、電壓等數(shù)值的讀取、分析，進而可以對用電設(shè)備的關(guān)斷電、重啟進行遠程操作，實現(xiàn)用電的科學(xué)管理，實現(xiàn)綜合節(jié)能。因此，在智能化電源領(lǐng)域，PMbus接口已逐步成為電源領(lǐng)域通用的接口方式之一，同時電源產(chǎn)品與主控機之間的通信及監(jiān)控等功能的集成化也日益增多。高效、節(jié)能、環(huán)保仍是不變的方向發(fā)展，產(chǎn)品小型化，高功率密度也是設(shè)計新一代產(chǎn)品的關(guān)注點?！　?/p>

       

　　在設(shè)計挑戰(zhàn)方面，創(chuàng)新的技術(shù)同樣應(yīng)運而生。提升能效是電源半導(dǎo)體產(chǎn)品持之以恒的要求和趨勢。一方面，可以采用創(chuàng)新的電源架構(gòu)來優(yōu)化電源在完整負載范圍內(nèi)的能效。另一方面，可以細致分析電源各個可能的功率損耗來源，采取針對性的措施來減小功率損耗，進而提升能效，并配合減小尺寸及提升功率密度。而隨著半導(dǎo)體制造工藝及封裝技術(shù)的進步，智能功率IC及智能功率模塊也將是電源半導(dǎo)體產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢。