智能電力開啟高效用電之門

試想你在離家1，000英里遠的地方，卻能夠監(jiān)測和控制家里和辦公樓中的每一度電。你能運用這種能力做什么呢？

你有時或許想要遠程調(diào)節(jié)恒溫器，開燈或啟動咖啡機。但同時你也可以設(shè)想，基于對電網(wǎng)能力和成本的實時了解來對用電進行實時決策。試想擁有這樣的了解和控制，你可以通過優(yōu)化能源使用和和節(jié)能情況來節(jié)省自己的荷包或公司成本。只要一部智能手機，你就可以輕松擁有一個每時每刻創(chuàng)造財富的工具。

幾年前，這些場景還只是幻想。而今天，它們變得越來越真實，屋主對能源使用的控制達到了前所未有的水平。電力的每一階段都變得更加智能，從集中式或分布式發(fā)電到智能住宅和建筑中電氣設(shè)備的使用，包括在家、工作中和路上使用的各種設(shè)備。

先進半導體技術(shù)促進了電力監(jiān)控、連接和控制（合稱為智能電力）的發(fā)展。TI是致力于智能電力發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)新者之一。系統(tǒng)開發(fā)人員可以依靠TI深入的專業(yè)知識和在電源、網(wǎng)絡(luò)通信與控制電路方面長期的產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗讓發(fā)電、輸電和用電更加智能化。

智能發(fā)電

發(fā)電和輸電正在經(jīng)歷緩慢但穩(wěn)定的進化，變得更加智能，實現(xiàn)根據(jù)時間和地點需要的精細化供電。從行業(yè)級別而言，服務提供商正在投資太陽能和風電場等替代能源，并努力實現(xiàn)更高效地使用中心發(fā)電站。電力設(shè)備也變得更加智能化，并且為了降低輸電、連接和轉(zhuǎn)換損耗越來越數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化。

另外，服務提供商不再是唯一的供電者。住宅和商業(yè)建筑也可以采用小型風力設(shè)備，尤其是太陽能技術(shù)進行發(fā)電。對于小型發(fā)電設(shè)備，智能電力管理電的生產(chǎn)、存儲和使用，并且在發(fā)電過多時將其輸送至電網(wǎng)。

實現(xiàn)智能住宅和建筑

智能用電為住宅和辦公樓帶來的益處越來越多。傳感器控制電燈變暗或開關(guān)，根據(jù)房間中是否有人來增減通風量。能源網(wǎng)絡(luò)中可以含有分析各區(qū)域、應用和設(shè)備用電情況的軟件，以及其他功能。這類程序有助于確定設(shè)備是否需要更換，無論原因是設(shè)備運行效率低而增加了成本，還是太重要而不允許出現(xiàn)故障。如果建筑通過太陽能或風能發(fā)電，能源網(wǎng)絡(luò)也是必不可少的。

智能住宅正在變成對發(fā)電、存儲和用電進行管理的發(fā)電場所。

投資智能電力系統(tǒng)的商業(yè)建筑業(yè)主發(fā)現(xiàn)其用電支出大幅降低，而且通過保持工作場所舒適性來提高生產(chǎn)率所節(jié)省的支出往往足以涵蓋設(shè)備投資。此外，由于建筑中無處不在的電力需求，將智能電力的概念延伸運用到智能建筑非常有意義。結(jié)構(gòu)監(jiān)控器、安全系統(tǒng)、煙霧探測器和動作和位置感應器連接應用組成的網(wǎng)絡(luò)可以為整棟建筑提供智能管理系統(tǒng)。

智能電力技術(shù)

有許多不同的技術(shù)可用于增強建筑的能源管理，其中包括和建筑監(jiān)控密切相關(guān)的其它技術(shù)。傳感器可以探測環(huán)境溫度、身體熱量、光照級別、二氧化碳級別和振動、煙霧與危險化學品等其他諸多情況。區(qū)域控制單元監(jiān)控不同傳感器的數(shù)據(jù)，發(fā)出調(diào)暗燈光、重新調(diào)節(jié)通風、更改恒溫設(shè)置等指令。主控制單元運行復雜軟件，對整個網(wǎng)絡(luò)的活動進行分析以提供運行評估、設(shè)備警報、成本分析和其他任務結(jié)果。

這些系統(tǒng)都要依靠有線或無線介質(zhì)進行通信，而且在不同的位置使用信號轉(zhuǎn)換、微控制器（MCU）和其他邏輯、存儲器以及不同類型的接口電路。所有的單元中都使用電源管理電路，該電路對于替代能源發(fā)電的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換和控制及其電池存儲尤其重要。

了解半導體需求

智能電力系統(tǒng)千差萬別，因此對半導體技術(shù)也提出了各種不同的要求。傳感器通常是小型的獨立運行系統(tǒng)，可以大量安裝，有時會安裝到難以接觸到的位置。除感應元件本身外，傳感器通常還需要將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)的信號轉(zhuǎn)換電路、少量的存儲空間和邏輯、通信接口以及通過有線或無線連接發(fā)出數(shù)據(jù)的變送器。

這些單元的主要要求一般是小尺寸、低成本以及——由于它們通常在不進行維護的情況下利用電池長期運行——超低功耗。除了上述要求以外，可能與開關(guān)、恒溫器和其他電路安裝在同一房間中的區(qū)域控制單元還需要控制邏輯和存儲器，并且還要能夠收發(fā)用于控制和再編程的數(shù)據(jù)。在安裝先進智能電網(wǎng)的商業(yè)建筑或住宅中，幾個區(qū)域控制單元向一個主控制單元報告。主控制單元可能與互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)域性電網(wǎng)或其他建筑級別和外部網(wǎng)絡(luò)連接。

克服網(wǎng)絡(luò)通信挑戰(zhàn)

這些系統(tǒng)間的通信和連接標準有許多種。處理大量數(shù)據(jù)來進行分析和規(guī)劃的中央有線系統(tǒng)使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）進行大部分的數(shù)據(jù)交換，有時小型單元可能會通過有線或無線連接接收或發(fā)送IP分組數(shù)據(jù)。但是，無線傳感器可能使用降低功耗的ZigBee?等協(xié)議進行局域數(shù)據(jù)傳輸。無線連接系統(tǒng)具有一項很大的優(yōu)勢，即只需要對有線基礎(chǔ)設(shè)施進行很少甚至零改動，節(jié)省安裝成本，允許部署更多設(shè)備采集粒度更細的數(shù)據(jù)，對空間較小的區(qū)域進行控制。出于這一原因，為了避免安裝獨立的網(wǎng)線，有線設(shè)備也可能依靠某些形式的無線連接或電力線通信（PLC）。

智能電力為智能建筑提供能源網(wǎng)絡(luò)，為一系列應用和設(shè)備供電。

PLC還可能用來實現(xiàn)戶外的網(wǎng)絡(luò)感應，控制電燈、接入點、報警和其他功能。

所有與外部通信的網(wǎng)絡(luò)都要采取安全措施，防止意外或惡意入侵。智能建筑用電網(wǎng)絡(luò)也一樣，硬件和軟件都要采取安全措施。

在城市網(wǎng)絡(luò)中，相似的技術(shù)問題適用于路燈、交通基礎(chǔ)設(shè)施等設(shè)備以及電網(wǎng)中的變壓器和其他單元。智能建筑使用的智能電力在私人和公共方面的各個級別都有創(chuàng)新。

尋找智能電力解決方案

智能電力技術(shù)持續(xù)發(fā)展，并且使用方法不斷創(chuàng)新。除了滿足小尺寸、極低功耗和各種級別性能的要求，集成電路解決方案必須能夠支持靈活的配置，尤其是在使用多種協(xié)議的通信中。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等模擬信號鏈功能也是關(guān)鍵元素，正如系統(tǒng)電源中的管理、調(diào)節(jié)和控制功能一樣。

系統(tǒng)開發(fā)人員需要盡可能多地從單一的集成電路供應商處采購這些組件以簡化設(shè)計和采購程序，同時保證組件各種復雜功能的兼容性。集成等其他能力能夠幫助支持未來產(chǎn)品長久的發(fā)展藍圖，并且讓其具有多種封裝選項可以滿足不同的主板要求。

智能電力傳輸過程中的另一項關(guān)鍵技術(shù)是隔離，保護電路不受高壓和高電流浪涌的影響。隔離還能夠避免高頻信號進入低頻電路擾亂數(shù)據(jù)，從而保持運行的完整性。從本質(zhì)上講，智能電力系統(tǒng)結(jié)合了不同類型的電路，需要可靠的隔離技術(shù)才能正常運行。欲了解更多關(guān)于隔離的信息，請點擊此處閱讀相關(guān)的白皮書。

TI的智能電力解決方案

為其智能電力系統(tǒng)尋找集成電路解決方案的開發(fā)者會發(fā)現(xiàn)TI豐富先進的產(chǎn)品能夠滿足上述要求。作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的電源相關(guān)集成電路供應商，TI不僅具有完整系列的電源管理器件，而且還擁有為智能電力網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建創(chuàng)新解決方案的專業(yè)技術(shù)。這些專業(yè)技術(shù)包括功率因數(shù)校正（PFC）等功能。PFC功能可保證電源輸入的質(zhì)量，并將在未來復雜的電網(wǎng)中變得日益重要。TI在其MCU和無線連接產(chǎn)品中使用的超低功耗技術(shù)、先進的模擬信號鏈解決方案以及豐富的網(wǎng)絡(luò)、連接接口與通信產(chǎn)品組合也受到了廣泛認可。

此外，TI先進的模擬制造工藝，包括用于高速開關(guān)電源的氮化鎵（GaN），推動了隔離技術(shù)取得重大進步，而且對其全部產(chǎn)品線都十分有益。TI的技術(shù)優(yōu)勢和廣泛的產(chǎn)品選擇讓TI能夠在所有級別提供靈活的智能電力解決方案。

采用智能電力技術(shù)實現(xiàn)更智能的未來

我們在未來數(shù)年面臨的挑戰(zhàn)是盡可能高效地使用我們生產(chǎn)的電力——無論是來自屋頂?shù)奶柲茈姵匕暹€是后院中的風車或者大型發(fā)電廠。智能住宅和辦公樓能夠更加高效、負責地使用能源，節(jié)約成本，最大程度地減小對環(huán)境的影響，同時讓消費者和企業(yè)經(jīng)理更好地控制其建筑基礎(chǔ)設(shè)施。

智能電力依賴于智能技術(shù)，包括傳感器、無線連接與通信、控制單元和軟件——更不必說將所有這些組件和先進應用組建成一個網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。TI在我們當今面臨的智能電力問題領(lǐng)域有著長期的開發(fā)專業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品供應經(jīng)驗。以創(chuàng)造更加綠色的世界為宗旨，TI的創(chuàng)新技術(shù)通過讓未來住宅、辦公室、工廠和汽車變得更加智能來提高我們的生活質(zhì)量。

審核編輯：金巧