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(yùn)行控制電能效果的重要技術(shù)之一，其運(yùn)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(jìn)行分析，以找出技術(shù)運(yùn)用控制優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)而推動所處行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展進(jìn)程。具體來說，就是將科研發(fā)展重點(diǎn)放在提高電源效率與安全性上，以落實(shí)當(dāng)前綠色節(jié)能與高效環(huán)保的運(yùn)行控制理念，進(jìn)而促進(jìn)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(yùn)用背景下得以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)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(shí)意義

當(dāng)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(kuò)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(jī)時間。經(jīng)對當(dāng)前的市場環(huán)境發(fā)展情況進(jìn)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(yùn)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(jìn)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(yùn)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(yùn)行使用達(dá)到節(jié)能降耗預(yù)期。這是滿足現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)背景下電源電子技術(shù)運(yùn)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(jì)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(jī)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(jī)。具體來說，就是通過改進(jìn)技術(shù)，不斷提高電子產(chǎn)品能耗的轉(zhuǎn)換率與降低待機(jī)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(kuò)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(jìn)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(jì)五六十年代開始，電源技術(shù)就進(jìn)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(yùn)用，表示電源技術(shù)被廣泛運(yùn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了功能開關(guān)干與輸出保護(hù)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(shí)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(shí)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(jìn)行劃分，即AC-DC、AC-AC、DC-AC 以及DC-DC 若干種。按照運(yùn)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(fù)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(shí)現(xiàn)方向

當(dāng)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(yùn)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(yùn)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(diǎn)放在提高電源效率與安全性上，以符合當(dāng)前綠色節(jié)能與高效環(huán)保的運(yùn)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(yùn)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(shí)際情況，將系統(tǒng)功能與管理模式作為控制重點(diǎn)。而動態(tài)電源，就是在CPU 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下的低功耗技術(shù)，其能夠通過調(diào)整程序運(yùn)行頻率來適用于系統(tǒng)運(yùn)行控制繁忙狀態(tài)下的CPU 運(yùn)行速度。同時，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)行控制，成功從整體角度出發(fā)降低系統(tǒng)運(yùn)行的能源消耗。通常情況下，程序運(yùn)行時，動態(tài)電源管理能夠在初始化過程得到確定，從實(shí)踐角度來看，其優(yōu)于靜態(tài)電源低功耗技術(shù)運(yùn)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(jìn)而實(shí)現(xiàn)外部元件與多個電源轉(zhuǎn)換模塊的控制目標(biāo)。如此，不僅保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠效果，還降低了對電能的消耗?，F(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(yùn)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(yùn)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(shí)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(jìn)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(yùn)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(fù)載調(diào)整率高等特點(diǎn)，再加上，電路作用形式簡單且固定，只需控制好正負(fù)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(shí)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(yùn)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(yùn)用會縮小輸入與輸出電壓的差值，因此，為維持正常運(yùn)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(yùn)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(fù)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(yùn)行呈現(xiàn)出低能耗。事實(shí)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(jìn)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(shí)踐，以滿足行業(yè)發(fā)展建設(shè)的可持續(xù)性需求。