電源電子技術(shù)在降低能耗中的探究

師建光

（中國石油天然氣銷售分公司，遼寧 沈陽110004）

電源電子技術(shù)，作為能夠降低電力系統(tǒng)運行控制電能效果的重要技術(shù)之一，其運行使用易受環(huán)境因素影響而出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部熱量聚集等現(xiàn)象。這就阻礙了所處行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。相關(guān)建設(shè)者應(yīng)對電源電子的消耗情況與技術(shù)發(fā)展局限進行分析，以找出技術(shù)運用控制優(yōu)化的關(guān)鍵點，進而推動所處行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展進程。具體來說，就是將科研發(fā)展重點放在提高電源效率與安全性上，以落實當前綠色節(jié)能與高效環(huán)保的運行控制理念，進而促進行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展步伐。這樣一來，電能資源的利用效率就能在電源電子技術(shù)高效運用背景下得以實現(xiàn)，進而滿足各行各業(yè)發(fā)展所提出的電能使用安全可靠需求。

1 研究電源電子技術(shù)在降低能耗中的現(xiàn)實意義

當前階段，電源電子系統(tǒng)發(fā)展的趨勢集中在電子技術(shù)的綠化節(jié)能與高效環(huán)保兩個方面。然而，在發(fā)展建設(shè)過程，雖然數(shù)據(jù)庫建設(shè)日趨完善、數(shù)據(jù)處理效率日益提升、系統(tǒng)穩(wěn)定性增加以及數(shù)據(jù)存儲與流量空間擴大，但與之對應(yīng)的電子設(shè)備體積市場要求具有體積小且便與攜帶要求，仍有很大的提升空間。特別是，那些集成要求高、能耗低的電子系統(tǒng)，需要在相同電池、相同體積下控制電子設(shè)備能耗與待機時間。經(jīng)對當前的市場環(huán)境發(fā)展情況進行分析，發(fā)現(xiàn)電子設(shè)備外形設(shè)置多具有簡單特性，且終端產(chǎn)品小巧，系統(tǒng)內(nèi)部的集成電路、處理器以及存儲器等數(shù)量處于不斷增加趨勢。此運行現(xiàn)狀，使得系統(tǒng)內(nèi)部熱量越來越多，如何科學(xué)合理的進行熱管理，成為了控制能耗的關(guān)鍵。如此問題得不到研發(fā)控制，現(xiàn)代化電子技術(shù)運用優(yōu)勢將無法發(fā)揮出來。為此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)從電源電子消耗與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀入手，通過掌握技術(shù)與能耗控制局限，來使電子系統(tǒng)運行使用達到節(jié)能降耗預(yù)期。這是滿足現(xiàn)代化經(jīng)濟建設(shè)背景下電源電子技術(shù)運用可持續(xù)發(fā)展需求的重要課題[1]。

2 電源電子的消耗與技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 電源電子消耗現(xiàn)狀

經(jīng)濟水平的不斷提升，使得各行各業(yè)對能源消耗需求越來越大。此發(fā)展背景下，能源危機與環(huán)境污染，是亟需解決的問題。故而，全世界范圍內(nèi)均在著手控制能源消耗，以緩解能源危機。具體來說，就是通過改進技術(shù)，不斷提高電子產(chǎn)品能耗的轉(zhuǎn)換率與降低待機能耗影響，以此來提高電源使用效率。然而，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，使得電源使用量需求無法得到滿足。究其原因，電源使用效率始終未得到有效提升。經(jīng)分析統(tǒng)計，有一部分電能消耗發(fā)生在系統(tǒng)內(nèi)部。因此，在未來，如何完善系統(tǒng)設(shè)計、自動化控制系統(tǒng)以及電子元器件，進而提升電源使用效率，是節(jié)約電力消耗與控制電源使用成本的關(guān)鍵[2]。

2.2 電源電子技術(shù)的發(fā)展

早在二十世紀五六十年代開始，電源技術(shù)就進入了人們的視線，經(jīng)整流技術(shù)、逆變技術(shù)、硅整流技術(shù)以及變頻技術(shù)的運用，表示電源技術(shù)被廣泛運用于各個領(lǐng)域。而現(xiàn)代電源技術(shù)，得益于高效率、高頻率以及高壓大電流的功率半導(dǎo)體復(fù)合元件使用，其成功從傳統(tǒng)電源技術(shù)轉(zhuǎn)換成了現(xiàn)代電源技術(shù)。到目前，電子元器件與集成電路的研發(fā)使用，成功使電源技術(shù)走向了小型化、綠色節(jié)能化、低電流、高效率以及低能耗低污染的進步道路。此外，功率單元與輸出單元的模塊化，成功使電源技術(shù)朝著模塊化與智能化方向發(fā)展。具體來說，就會根據(jù)新型開關(guān)電源，實現(xiàn)了功能開關(guān)干與輸出保護模塊融合的同時，還縮小開關(guān)電源體積。為使電源能夠在實際應(yīng)用過程以更為靈活、便利狀態(tài)作用，通過穩(wěn)壓電路模塊化的輸出，有效提升了電源使用的安全穩(wěn)定性。未來，電源電子技術(shù)應(yīng)朝著數(shù)字化與多元化方向發(fā)展，即在數(shù)字技術(shù)發(fā)展環(huán)境下，經(jīng)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用減少非線性失真與電源高頻諧波干擾控制，實現(xiàn)智能化控制CPU。

就目前來看，電源種類是根據(jù)輸入、輸出狀態(tài)進行劃分，即AC-DC、AC-AC、DC-AC 以及DC-DC 若干種。按照運行工作狀態(tài)，又可將電源劃分為開關(guān)電源、線性電源以及二極管穩(wěn)壓電源。按照連接負載的穩(wěn)壓方法，又可將電源分成并聯(lián)型與串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。按照輸出電源的調(diào)整方式，可將電源劃分為可調(diào)與固定輸出電源。然而，隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，電源分類與界定也呈現(xiàn)出模糊狀態(tài)，即體現(xiàn)在電力電子設(shè)備的電源類型不同。下面就以固定或是可調(diào)節(jié)電壓輸出集成電路為例，以找出優(yōu)化控制電源電子系統(tǒng)的低能耗控制策略[3]。

3 電源電子技術(shù)在降低能耗中的優(yōu)化策略

3.1 明確電子系統(tǒng)低能耗實現(xiàn)方向

當行業(yè)發(fā)展至信息化與數(shù)字化狀態(tài)，意味著集成電路時代已經(jīng)替代了單純分體晶體管時代。在數(shù)字技術(shù)高速發(fā)展條件下，人們對電源電子系統(tǒng)運行使用的能耗要求也跟著提升。由于傳統(tǒng)電源電子技術(shù)與配套設(shè)備，既不能滿足逐漸增加的電能需求，還面臨電力電子設(shè)備運行的諸多缺陷，因此，相關(guān)建設(shè)者應(yīng)將科研發(fā)展重點放在提高電源效率與安全性上，以符合當前綠色節(jié)能與高效環(huán)保的運行控制理念。

3.2 靜態(tài)與動態(tài)電源低功率策略

靜態(tài)電源低功耗是指，系統(tǒng)初始化過程運用的電源低功耗管理技術(shù)，其需要結(jié)合系統(tǒng)初始化實際情況，將系統(tǒng)功能與管理模式作為控制重點。而動態(tài)電源，就是在CPU 系統(tǒng)運行環(huán)境下的低功耗技術(shù)，其能夠通過調(diào)整程序運行頻率來適用于系統(tǒng)運行控制繁忙狀態(tài)下的CPU 運行速度。同時，當系統(tǒng)運行處于空閑狀態(tài)，動態(tài)電源低功耗技術(shù)就可使CPU 系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)。如此，不僅能夠有效控制平均電流電壓，還能在電流電壓恒定情況下對耗電時間進行控制，成功從整體角度出發(fā)降低系統(tǒng)運行的能源消耗。通常情況下，程序運行時，動態(tài)電源管理能夠在初始化過程得到確定，從實踐角度來看，其優(yōu)于靜態(tài)電源低功耗技術(shù)運用[4]。

3.3 CPU 低功耗電源策略

在信息時代背景下，CPU 系統(tǒng)屬低功耗系統(tǒng)，究其原因，其能夠在軟硬件上為電源低功耗管理模塊、電源接口以及高級配置提供支撐，進而實現(xiàn)外部元件與多個電源轉(zhuǎn)換模塊的控制目標。如此，不僅保證了系統(tǒng)運行的安全可靠效果，還降低了對電能的消耗。現(xiàn)階段，目前的研究成果，即電源低功耗管理模塊、高級配置以及電源接口創(chuàng)新運用，不僅能夠?qū)⑵湟胫罜PU 系統(tǒng)內(nèi)核與I/0 中，還能作用于FPGA 系統(tǒng)與嵌入式系統(tǒng)。成功提升與控制了系統(tǒng)運行使用效率與電能消耗影響。值得注意的是，能源消耗降低多少、工作時鐘頻率、系統(tǒng)內(nèi)部資源使用頻率、布線密度以及輸出變化頻率等，會因所處的系統(tǒng)環(huán)境差，而得出不同的電源實際能量消耗量。

3.4 低功耗集成電路

電源電子技術(shù)的發(fā)展建設(shè)進入到集成電路時代后，其應(yīng)用也要過渡到低功耗集成電路。如，78 或是79 系列電源的穩(wěn)壓集成電路與低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)。在集成電路運用電源穩(wěn)壓技術(shù)過程中，集成電路具有體積、線性調(diào)整率高、集成度高以及負載調(diào)整率高等特點，再加上，電路作用形式簡單且固定，只需控制好正負直流電壓輸出階段變壓器最小輸出功率與最小輸出電壓，就可得到低能耗控制預(yù)期。站在能量守恒定律上，電源輸入功率與輸出功率具有一致性，但從實際角度，元器件損耗不可避免，即會使電壓輸出功率低于輸入。在運用低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)過程中，由于電源輸入、輸出的電壓差較小，因此，傳統(tǒng)線形穩(wěn)壓技術(shù)的輸入輸出電壓差值應(yīng)在2-3V 之間。值得注意的是，由于低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)的運用會縮小輸入與輸出電壓的差值，因此，為維持正常運行科將差值設(shè)置為1.7V[5]。

結(jié)束語

綜上所述，信息時代背景下，電源電子技術(shù)的運用，需朝著低功耗、高效以及集成電路方向發(fā)展，即通過78 或是79 系列電源的穩(wěn)壓集成電路與低壓差線性穩(wěn)壓技術(shù)，經(jīng)正負直流電壓輸出階段變壓器最小輸出功率與最小輸出電壓的控制，就可使技術(shù)所處系統(tǒng)運行呈現(xiàn)出低能耗。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的低能耗電源電子技術(shù)作用于電能高效使用過程，以推動所處行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展進程。故，業(yè)內(nèi)人員應(yīng)將上述分析內(nèi)容與科研結(jié)果更多地作用于實踐，以滿足行業(yè)發(fā)展建設(shè)的可持續(xù)性需求。