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        數字電源:一場安靜的工業物聯網革命

            為電源添加數字控制可能不是全新的,但各種市場驅動因素結合起來刺激了令人驚訝的行業領域的采用。.
        物聯網
         
            數字電源的好處出現
         
            電源中的數字控制是一個廣泛的領域,從基本的數字信號(例如開/關)到傳統的模擬控制器,再到更復雜的操作,包括數字信號處理器(DSP)。雖然后者代表了額外的成本,但芯片價格的快速下降和制造商日益復雜的需求意味著采用率正在飆升。
         
            全數字電源有明顯的好處,主要是因為它們極大地提高了靈活性。根據不同的應用,甚至環境因素和系統性能變量來調整電源性能特征的可能性,開辟了廣闊的實際利益領域,尤其是節省成本。
         
            因為帶有DSP的最新微控制器可以在每個開關周期對輸出電壓進行采樣,監控故障和狀態條件、響應警告和事件記錄都是以前需要更改硬件的實用選項。在IIoT設備需求和部署不斷增加的世界中,通常在物理訪問極具挑戰性的應用中,這種靈活性非常強大。此外,由于許多原因,許多此類設備位于網絡邊緣,因此在此級別進行實時監控的價值是有益的,尤其是預測性維護和提高效率。
         
            IIoT價值:一切盡在數據中
         
            智能工廠或工業4.0制造的應用是特別適合于數字控制的電源。詳細的日志記錄可以與AI工具或儀表板中的其他數據集成,以確保實時管理性能參數。一個隱藏的好處是可以從這些日志中提取歷史性能數據的“數據湖”,從而極大地增強預測性和預防性維護建模。
         
            可編程、堅固的電源需求
         
            這種數字可編程能力在堅固耐用的組件及其預期的操作環境中變得尤為重要,從而延長了產品壽命并提高了能耗。通過將電源性能與系統功率預算進行映射和匹配來優化能耗在更極端的條件下具有特殊價值,在這些條件下,熱變化可能會影響標準性能。因此,不僅IIoT企業對數字電源產生了積極的興趣。根據最近的分析報告,全球軍事需求正在迅速增加,特別是由于數字電源管理提供的改進。
         
            軍事和電信興趣加速
         
            TransparencyMarketResearch的一份報告預測,到2026年,全球下一代軍用電源市場的價值預計將達到201.117億美元,在該預測期內(2018年至2026年)的復合年增長率為5.2%。根據TMR分析,可編程電源細分市場占有最大的市場份額,預計到2026年將以5.5%的復合年增長率增長。雖然可編程電源有許多軍事應用,但一個關鍵的整體驅動因素是保護軍事上重要的敏感來自電網電能質量不穩定的電子設備——無論這種不穩定是由日常環境因素還是惡意行為者造成的。
         
            數字可編程和堅固耐用的電源的另一個主要增長市場當然是電信行業,該行業需要可安裝在電信塔中的堅固耐用的電源。這些塔面臨著各種各樣的挑戰,從海岸附近的高鹽海洋環境到塵土飛揚的城市地區,以及介于兩者之間的一切。將維護成本保持在最低水平對于控制利潤率至關重要,尤其是在考慮5G網絡升級的新成本時。
         
            實施優勢和技巧
         
            雖然數字電源管理解決方案可以從眾多應用和環境中受益,但縮小特定應用的范圍至關重要。盡管數字電源管理的主要優勢(例如降低成本和組件數量、改進開發時間范圍以及增加DC-DC轉換器選項)吸引了大量關注,但這里也存在設計挑戰。
         
            關鍵考慮因素包括通用電源設計要求,例如減少不希望的紋波和管理直流電阻(DCR),以及特定的數字電源管理挑戰,最關鍵的是控制算法和固件設計。事實上,這些是造成許多延遲數字電源管理實施的原因??刂扑惴ㄓ绕渲匾?。盡管它可以在“軌道上”進行優化和更新,但在設計過程的早期階段就需要足夠的專業知識,這一點至關重要。
         
            其中一個核心設計挑戰是穩定性,傳統上這迫使模擬系統采用一系列昂貴的補償技術。數字電源管理系統可以解決這個難題,提供具有高帶寬和改進的瞬態響應的無補償電源轉換器。這是通過創建一個完全合成的電流控制回路來實現的,該回路提供逐周期相電流平衡。這對于廣泛用于渲染和人工智能(AI)操作的大型CPU、FPGA或ASIC陣列的復雜多相電源尤為重要。
         
            數字電源管理的一個主要優點是可以通過軟件控制和監控每個設置,從而使設計和調整回路變得更簡單。不過,隱藏的好處是在調試時間,因為電源的狀態和條件是立即清晰的。隨后在軟件和近實時中調整濾波器和補償噪聲條件的能力增加了解決出現的任何特定挑戰并加快進程的靈活性。
         
            最后,由于電源應以最佳水平運行,因此散熱性能應非常出色,在許多情況下,可以優化甚至省略氣流和散熱器等冷卻裝置。這有助于實現纖薄的設計,可以更輕松地裝入有限的空間和機柜。
         
            未來:模擬和數字相結合
         
            不難看出為什么電源的數字控制正在全面發展。從提高靈活性和降低運營成本到在崎嶇且難以進入的位置延長使用壽命,以及與更廣泛的IIoT策略(如預測性維護和建模)集成,有很多好處。雖然模擬控制在簡單和低功耗的應用中仍然可以發揮作用,但正在興起的革命確實將被數字化。

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