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在電源上增加數(shù)字控制可能并不是全新的，但各種市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素結(jié)合在一起，刺激了令人驚訝的一系列細(xì)分行業(yè)的采用。
數(shù)字電源的好處出現(xiàn)
電源中的數(shù)字控制是一個(gè)廣泛的領(lǐng)域，從基本的數(shù)字信號(hào)(例如開/關(guān))到傳統(tǒng)的模擬控制器，再到更復(fù)雜的操作，包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。雖然后者代表了額外的成本，但芯片價(jià)格的快速下降和制造商日益復(fù)雜的需求意味著采用率正在飆升。
全數(shù)字電源有明顯的好處，主要是因?yàn)樗鼈冚^大地提高了靈活性。根據(jù)不同的應(yīng)用，甚至環(huán)境因素和系統(tǒng)性能變量來調(diào)整電源性能特征的可能性，開辟了廣闊的實(shí)際利益領(lǐng)域，尤其是節(jié)省成本。
因?yàn)閹в蠨SP的新微控制器可以在每個(gè)開關(guān)周期對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，監(jiān)控故障和狀態(tài)條件、響應(yīng)警告和事件記錄都是以前需要更改硬件的實(shí)用選項(xiàng)。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)設(shè)備需求和部署不斷增加的世界中，通常在物理訪問較具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用中，這種靈活性很強(qiáng)大。此外，由于許多原因，許多此類設(shè)備位于網(wǎng)絡(luò)邊緣，因此在此級(jí)別進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的價(jià)值是有益的，尤其是預(yù)測(cè)性維護(hù)和提高效率。
IIoT價(jià)值：一切盡在數(shù)據(jù)中
智能工廠或工業(yè)4.0制造應(yīng)用特別適用于數(shù)字控制電源。詳細(xì)的日志記錄可以與AI工具或儀表板中的其他數(shù)據(jù)集成，以確保實(shí)時(shí)管理性能參數(shù)。一個(gè)隱藏的好處是可以從這些日志中提取歷史性能數(shù)據(jù)的“數(shù)據(jù)湖”，從而極大地增強(qiáng)預(yù)測(cè)性和預(yù)防性維護(hù)建模。
可編程、堅(jiān)固的電源需求
這種數(shù)字可編程能力在堅(jiān)固耐用的組件及其預(yù)期的操作環(huán)境中變得尤為重要，從而延長了產(chǎn)品壽命并提高了能耗。通過將電源性能與系統(tǒng)功率預(yù)算進(jìn)行映射和匹配來優(yōu)化能耗在更極端的條件下具有特殊價(jià)值，在這些條件下，熱變化可能會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)性能。因此，不僅IIoT企業(yè)對(duì)數(shù)字電源產(chǎn)生了積極的興趣。根據(jù)最近的分析報(bào)告，全球軍事需求正在迅速增加，特別是由于數(shù)字電源管理提供的改進(jìn)。
軍事和電信興趣加速
透明市場(chǎng)研究(Transparency Market Research)的一份報(bào)告預(yù)測(cè)，到2026年，全球下一代軍用電源市場(chǎng)的價(jià)值預(yù)計(jì)將達(dá)到201.117億美元，在該預(yù)測(cè)期內(nèi)(2018年至2026年)的復(fù)合年增長率為5.2%。根據(jù)TMR分析，可編程電源細(xì)分市場(chǎng)占有較大的市場(chǎng)份額，預(yù)計(jì)到2026年將以5.5%的復(fù)合年增長率增長。來自電網(wǎng)電能質(zhì)量不穩(wěn)定的電子設(shè)備——無論這種不穩(wěn)定是由日常環(huán)境因素還是惡意行為者造成的。
數(shù)字可編程和堅(jiān)固耐用的電源的另一個(gè)主要增長市場(chǎng)當(dāng)然是電信行業(yè)，該行業(yè)需要可安裝在電信塔中的堅(jiān)固耐用的電源。這些塔面臨著各種各樣的挑戰(zhàn)，從海岸附近的高鹽海洋環(huán)境到塵土飛揚(yáng)的城市地區(qū)，以及介于兩者之間的一切。將維護(hù)成本保持在較低水平對(duì)于控制利潤率至關(guān)重要，尤其是在考慮5G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的新成本時(shí)。
實(shí)施優(yōu)勢(shì)和技巧
雖然數(shù)字電源管理解決方案可以從眾多應(yīng)用和環(huán)境中受益，但縮小特定應(yīng)用的范圍至關(guān)重要。盡管數(shù)字電源管理的主要優(yōu)勢(shì)(例如降低成本和組件數(shù)量、改進(jìn)開發(fā)時(shí)間范圍以及增加DC-DC轉(zhuǎn)換器選項(xiàng))吸引了大量關(guān)注，但這里也存在設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵考慮因素包括通用電源設(shè)計(jì)要求，例如減少不良紋波和管理直流電阻(DCR)，以及特定的數(shù)字電源管理挑戰(zhàn)，最關(guān)鍵的是控制算法和固件設(shè)計(jì)。事實(shí)上，這些是造成許多延遲數(shù)字電源管理實(shí)施的原因。控制算法尤其重要。雖然它可以在“軌道上”進(jìn)行優(yōu)化和更新，但在設(shè)計(jì)過程的早期階段就需要足夠的專業(yè)知識(shí)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。
其中一個(gè)核心設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是穩(wěn)定性，傳統(tǒng)上這迫使模擬系統(tǒng)采用一系列昂貴的補(bǔ)償技術(shù)。數(shù)字電源管理系統(tǒng)可以解決這個(gè)難題，提供具有高帶寬和改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)的無補(bǔ)償電源轉(zhuǎn)換器。這是通過創(chuàng)建一個(gè)完全合成的電流控制回路來實(shí)現(xiàn)的，該回路提供逐周期相電流平衡。這對(duì)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(fù)雜多相電源尤為重要。
數(shù)字電源管理的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以通過軟件控制和監(jiān)控每個(gè)設(shè)置，從而使設(shè)計(jì)和調(diào)整回路變得更簡(jiǎn)單。不過，隱藏的好處是在調(diào)試時(shí)間，因?yàn)殡娫吹臓顟B(tài)和條件是立即清晰的。隨后在軟件和近實(shí)時(shí)中調(diào)整濾波器和補(bǔ)償噪聲條件的能力增加了解決出現(xiàn)的任何特定挑戰(zhàn)并加快進(jìn)程的靈活性。
最后，由于電源應(yīng)以較佳水平運(yùn)行，因此散熱性能應(yīng)很出色，在許多情況下，可以優(yōu)化甚至省略氣流和散熱器等冷卻裝置。這有助于實(shí)現(xiàn)纖薄的設(shè)計(jì)，可以更輕松地裝入有限的空間和機(jī)柜。
未來：模擬和數(shù)字相結(jié)合
不難看出為什么電源的數(shù)字控制正在全面發(fā)展。從提高靈活性和降低運(yùn)營成本到在崎嶇且難以進(jìn)入的位置延長使用壽命，以及與更廣泛的IIoT策略(如預(yù)測(cè)性維護(hù)和建模)集成，其好處很多。雖然模擬控制在簡(jiǎn)單和低功耗的應(yīng)用中仍然可以發(fā)揮作用，但正在興起的革命確實(shí)將被數(shù)字化。
(原標(biāo)題：數(shù)字電源：一場(chǎng)安靜的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)革命)
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