智能电源管理

　　摘要：绿色节能，对电源的智能管理提出了更高的要求，不仅需要电源系统具有更高的转换效率，还需要对电源系统进行动态运行的能效分析和控制，使得电源系统随着各种条件的变化，始终实现高效节能。

　　一切智能化之时，能源管理是否也应该走向智能化?

　　当人们再谈论各种节能减排，可再生能源、绿色电子技术之时，很容易忽略掉的是，如何通过更好的规划电源使用的不同场景，进行有针对性的调整，以达到更高的电源利用效率，这其实也是一种卓有成效的环保策略。更重要的是，在确保用户体验不受影响的前提下，再谈节能环保才有实际商业的意义，而这种根据工作状态进行运行状态调整的智能管理，前提就是不仅不影响用户体验，反而能满足用户对更高体验的追求的解决方案，而从成本角度上看，虽然前期在硬件和软件方面的支出，并需要更多的维护运营成本，但通过节省了能源消耗和提升系统工作效率与主系统的工作时间角度考量，整体的使用成本其实是有所下降的。所以，智能化能源管理，是未来重要的节能趋势。

　　大到智能电网，普遍到各种电源控制与模式调整，细微到元器件内部的智能PMU，智能化电源管理正在人们的生活中变得越来越普遍。据Gartner分析，在各种半导体改变能源效率的应用中，智能化能源管理是增加用户体验最行之有效的方式，并且会在未来3-5年内逐渐成为节能降耗最主要的技术趋势。而在智能化电源管理过程中，半导体产品的应用量将是以每年20%的数量递增。

　　广泛意义上的智能电源管理，是一个完整的软件与硬件相结合的复杂系统，智能电源管理未来发展的重要主题就是高能效。首先要有能够对电源系统进行控制管理以及采集各种工作信息参数的硬件设备，然后通过智能电源系统里面的管理软件，检测各个设备单元的当前参数，如电压、电流、温度、负载变化情况等，然后根据获取的各单元运行参数通过各种通信协议传输，汇总到处理单元进行调度管理，以实现电源系统各单元的有选择性、高能效、高可靠的运行。　　

 

　　随着3G技术的迅猛发展，金融、电信网络的新一代基站和数据中心的建设，也对电源动力系统提出了更高的要求。与此同时，3G技术通信网络大规模普及，集中度越来越高，数据量传输量越来越大，这就要求电源厂商必须加大对创新技术的投入，提高产品的高效节能性能，并通过推出高附加值的产品或解决方案来为用户节约投资成本，同时保障运行的稳定性和高效性，才能充分保障用户体验。系统应用对电源用电量的增加给电源提出了更高的挑战，可靠性、稳定性都需要达到更高的要求。

　　绿色、模块化、智能化一直是这几年电源动力系统技术创新的重点。绿色要求电源系统以高效率、高功率因数运行，不会对电网造成谐波污染，不对其他设备产生电磁干扰;模块化要求电源提升系统的可靠性;智能化要求电源实现了灵活的故障诊断与保护，确保可靠运行。

　　在本文中，我们很难关注涉及整个智能电源管理的整个系统，我们仅从半导体产品的角度去探讨智能电源管理系统对半导体产品的需求以及带来的改变。

　　智能化趋势的挑战

　　智能化逐渐成为电源管理市场的新趋势，面对智能化的能源和电源管理趋势，电源半导体产品的面临着全新的需求与技术上的挑战。

　　智能电源日渐盛行，NXP大中华区资深产品营销经理张锡亮认为，这为数字控制系统和数字通信带来诸多机会，包括无线和有线方式。由于系统可以准确知道所需电量并要求供应相应电量，因此智能电源可以节省更多用电。它还带来了组合发展机遇，例如在电源线上进行数据通信。对发电厂而言，更容易获知电源负载 (或需求)，从而更易于准备充足的电量。而对于个人和家庭而言，有更多的电源可供智能分配，如太阳能、风力发电和发电厂供电。一些趋势推动着智能电源不断发展：“越来越多的检测和通信方式 (有线及无线) 耗用更低的电量，例如电源上的数据、Zigbee、WIFI等”。

　　TI中国区业务发展经理程文涛将电源半导体产品在智能化电源系统中应用分为两个方面，一是增加电源和控制系统之间的通讯的智能，这一点以目前服务器电源的发展为代表;二是电源自身优化控制的智能，这一点以TI的UCD3K为代表。当然TI的UCD3K系列产品也包含了与控制系统之间通讯的智能。目前，在网络及通讯领域，对电源本身的监控、调节、保护，以及增加电源的智能以保护昂贵的主芯片等方面的要求越来越普遍，市场需求越来越大。在不增加总体成本的前提下如果要达到这些要求，数字控制的电源，或模拟控制带数字接口的电源成为必需。这已经成为高端电源产品发展的一个共同方向。

　　智能电源管理技术供应商已不仅仅局限在电源技术本身，同时更多地关注系统信号链的把握和系统的应用。在器件设计角度来看，通过器件带有的特性提升整体工作效率。比如,电源器件通过检测系统的工作状态，如动态调节输出电压来达到效率优化的目的。从工艺角度来看，功率器件工艺的改进是提高效率的关键。ADI公司电源管理部门市场工程师张洁萍的视角比较关注通信接口方面，她认为，智能化电源管理需要对用电设备进行即时监控，包括电流、电压等数值的读取、分析，进而可以对用电设备的关断电、重启进行远程操作，实现用电的科学管理，实现综合节能。因此，在智能化电源领域，PMbus接口已逐步成为电源领域通用的接口方式之一，同时电源产品与主控机之间的通信及监控等功能的集成化也日益增多。高效、节能、环保仍是不变的方向发展，产品小型化，高功率密度也是设计新一代产品的关注点。　　

       

　　在设计挑战方面，创新的技术同样应运而生。提升能效是电源半导体产品持之以恒的要求和趋势。一方面，可以采用创新的电源架构来优化电源在完整负载范围内的能效。另一方面，可以细致分析电源各个可能的功率损耗来源，采取针对性的措施来减小功率损耗，进而提升能效，并配合减小尺寸及提升功率密度。而随着半导体制造工艺及封装技术的进步，智能功率IC及智能功率模块也将是电源半导体产品的重要发展趋势。