智能電力開啟高效用電之門

試想你在離家1，000英里遠(yuǎn)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(yuǎn)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(dǎo)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(xì)化供電。從行業(yè)級別而言，服務(wù)提供商正在投資太陽能和風(fēng)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(wù)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(fēng)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(fēng)量。能源網(wǎng)絡(luò)中可以含有分析各區(qū)域、應(yīng)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(fēng)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(yīng)器連接應(yīng)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(xué)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(fēng)、更改恒溫設(shè)置等指令。主控制單元運行復(fù)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(wù)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(dǎo)體需求

智能電力系統(tǒng)千差萬別，因此對半導(dǎo)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(yīng)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?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(yīng)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(yīng)，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(yīng)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(fù)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(yīng)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(fù)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(rèn)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(fēng)車或者大型發(fā)電廠。智能住宅和辦公樓能夠更加高效、負(fù)責(zé)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(yīng)用組建成一個網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新。TI在我們當(dāng)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(yīng)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