由于電源是任何電子應(yīng)用中的核心組件，電源行業(yè)通常必須在某些應(yīng)用進(jìn)入市場之前數(shù)年開發(fā)電源解決方案。這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)并為客戶提供支持，電源設(shè)計(jì)人員不僅必須與系統(tǒng)和設(shè)備制造商密切合作，而且還要持續(xù)不斷地進(jìn)行業(yè)務(wù)趨勢分析，以定義需要哪些電源解決方案。未來幾年在工業(yè)、醫(yī)療和其他行業(yè)領(lǐng)域。

全球經(jīng)濟(jì)存在諸多不確定性，貿(mào)易戰(zhàn)、英國脫歐、合格運(yùn)營商缺乏、99.99%的質(zhì)量要求等諸多因素，工業(yè)格局從傳統(tǒng)向智能的轉(zhuǎn)變正在加速。在凱捷數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究所發(fā)表的一項(xiàng)研究中，他們估計(jì)在未來五年內(nèi)，智能工廠可為整個(gè)行業(yè)增加多達(dá) 1.5 萬億美元。這確實(shí)很重要，如果電源僅占該數(shù)量的一部分，則增長不可忽視。但是，這需要電源制造商進(jìn)行大量技術(shù)創(chuàng)新才能滿足客戶的期望。

在有人談?wù)搶㈥P(guān)注人機(jī)合作的工業(yè) 5.0 的時(shí)候，工業(yè) 4.0 仍處于早期階段，盡管不斷增長的應(yīng)用數(shù)量確實(shí)令人印象深刻。已經(jīng)有很多關(guān)于工業(yè) 4.0 和智能電源解決方案的文章，但自 2015 年以來，我們看到了其他領(lǐng)域，例如醫(yī)療向更智能的自動化水平發(fā)展，以及越來越多的機(jī)器人需要滿足工業(yè)和醫(yī)療安全認(rèn)證的電源。

中小型機(jī)器人設(shè)備在所有行業(yè)中變得越來越普遍，如果我們習(xí)慣了在汽車或重工業(yè)中運(yùn)行的令人印象深刻的機(jī)器人，那么有無數(shù)的小型機(jī)器人完成復(fù)雜的任務(wù)，幫助人們改善生活（例如家庭醫(yī)療機(jī)器人幫助殘疾人完成日常工作），甚至幫助外科醫(yī)生進(jìn)行復(fù)雜的手術(shù)，有些甚至是通過遠(yuǎn)離手術(shù)室數(shù)英里的遠(yuǎn)程控制來執(zhí)行的。僅手術(shù)機(jī)器人這一部分預(yù)計(jì)將從 2018 年的 39 億美元增長到 2023 年的 65 億美元，這只是 2023 年預(yù)計(jì)的 600,000 臺機(jī)器人單位的一小部分。

中小型機(jī)器人的智能動力

Powerbox (PRBX)及其母公司COSEL正在為要求嚴(yán)苛的行業(yè)開發(fā)電源解決方案，在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，我們看到系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對具有許多內(nèi)置功能的新一代電源的強(qiáng)烈需求，以及更高的要求。配置的靈活性級別，以及更多的通信接口。

工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域在某種程度上受到物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的影響，對于從幾瓦到幾千瓦的連接設(shè)備，通信變得非常重要。我們習(xí)慣于 CAN 總線或 PMBus，但在智能行業(yè)中，電源將成為機(jī)器對機(jī)器架構(gòu)的積極組成部分，嵌入無線電通信并使用比目前實(shí)際使用的速度快得多的總線通信。

圖 1：COSEL RBC200F 用于中小型機(jī)器人和工廠自動化的三重隔離輸出

對許多人來說，這似乎是科幻小說，但如今，汽車行業(yè)中使用的電源系統(tǒng)已經(jīng)可以在汽車組裝過程中控制和測試鋰離子電池充電，作為將充電信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱粋€(gè)工作站的自主設(shè)備運(yùn)行繼續(xù)充電和測試而不會中斷。所有電源都通過無線電傳輸進(jìn)行通信，使汽車制造商可以移動充電設(shè)備以適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)需求。

另一個(gè)有趣的領(lǐng)域是部署在各個(gè)行業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域的新一代中小型機(jī)器人。集成水平令人印象深刻，要求電源制造商在正常電源通道之外集成更多功能，例如具有高隔離度的IGBT 柵極驅(qū)動器，而無需提及設(shè)計(jì)人員在輸出電壓組合方面所需的靈活性（圖 1）。

圖 2：PRBX ENI250A24 專為具有微處理器控制器和能量回收的高速電子商務(wù)集線器輸送機(jī)而設(shè)計(jì)

在挑戰(zhàn)中添加挑戰(zhàn)

由于中小型機(jī)器人在各個(gè)行業(yè)的使用方式不同，機(jī)器人設(shè)備制造商通常要求電源符合/認(rèn)證符合 EN62477-1 (OVC III) 等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而可以將設(shè)備直接連接到配電盤，新的 EN62368-1 最初是為音頻、視頻和 ICT 設(shè)備創(chuàng)建的，同時(shí)也沒有忘記 IEC 60601-1 和附屬的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)。此外，電源設(shè)計(jì)人員必須考慮大量的安全和操作標(biāo)準(zhǔn)，這給已經(jīng)充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境增加了另一層復(fù)雜性。

智能工業(yè)還意味著一種組織工廠的智能方式，現(xiàn)場開發(fā)人員可以優(yōu)化工廠和車間布局，以提高靈活性和效率。示例包括盡量減少連接到設(shè)備的主電源電纜，以及交換以太網(wǎng)和其他數(shù)據(jù)傳輸電纜以獲得堅(jiān)固且安全的 RF 通信。

工業(yè) RF 通信網(wǎng)絡(luò)將發(fā)展以促進(jìn)機(jī)器對機(jī)器的通信，雖然電源可能不需要內(nèi)置的 RF 傳輸能力，但與現(xiàn)在相比，它們將需要與周圍環(huán)境進(jìn)行更高水平的交互，正如在汽車行業(yè)，它可能成為某些應(yīng)用的必需品。

RF 通信是電源設(shè)計(jì)人員探索的一個(gè)有趣的研究領(lǐng)域，同樣，電源將如何跟隨機(jī)器對機(jī)器的發(fā)展。

智能工廠自動化的智能電源

智能工廠自動化已經(jīng)在許多行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，但隨著人工智能 (AI)、遠(yuǎn)程通信的進(jìn)步以及對縮短客戶交貨時(shí)間的需求不斷增長，預(yù)計(jì)未來幾年將出現(xiàn)爆炸式增長。同樣，自動化包裹中心的增長預(yù)計(jì)將大幅上升。電子商務(wù)的快速發(fā)展促成了高度自動化的集線器的創(chuàng)建，其中包括傳送帶、分揀開關(guān)和許多其他類型的設(shè)備，這些設(shè)備需要能夠在苛刻環(huán)境中工作的高效智能電源解決方案。

包裹集線器設(shè)計(jì)者和集線器運(yùn)營商在處理種類繁多的設(shè)備方面面臨著多重挑戰(zhàn)。新一代包裹樞紐建立在非常復(fù)雜的架構(gòu)上。新生產(chǎn)線沒有（比如）一條 100 米長的傳送帶，而是由 5 到 10 米長的較短的單獨(dú)段組成，并在包裹從 A 點(diǎn)運(yùn)輸?shù)?B 點(diǎn)時(shí)按需打開和關(guān)閉。每個(gè)段由直流電機(jī)供電，需要使用先進(jìn)的電源，不僅能夠提供電力，還能滿足現(xiàn)代包裹樞紐環(huán)境固有的復(fù)雜要求。

傳統(tǒng)上，低于 1000W 的直流電機(jī)由單相 AC/DC 電源供電。盡管為了簡化安裝、減少不平衡的相位負(fù)載以及更好地優(yōu)化來自電網(wǎng)的能量，包裹集線器設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在要求直流電機(jī)的所有電源都具有三相輸入，無論功率水平如何。此外，考慮到節(jié)能和減少峰值負(fù)載，集線器設(shè)計(jì)人員要求電源包括峰值能量控制和能量存儲，從而能夠在電機(jī)減速或停止時(shí)存儲能量，并且在直流電機(jī)啟動時(shí)提供高能量水平。這通常通過電容器或超級電容器組來實(shí)現(xiàn)，這些電容器或超級電容器組由負(fù)責(zé)電源能量管理的微處理器部分控制（圖 2）。

結(jié)論

智能電力革命即將到來。這兩個(gè)例子說明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的需求變化、所需的創(chuàng)新水平以及電源制造商將面臨的挑戰(zhàn)。對于電源設(shè)計(jì)人員來說，這是一個(gè)非常激動人心的時(shí)刻，不僅要開箱即用，還要添加更多內(nèi)容。
審核編輯：郭婷