德州儀器全新欄目《創(chuàng)新芯科技》上線！本期內(nèi)容，我們將聚焦AI、熱管理、EV 充電三大電力需求增長(zhǎng)領(lǐng)域，關(guān)注我們，我們將為您帶來更多關(guān)于未來科技的深度洞察與精彩內(nèi)容！

電力為我們的住房、城市和各行各業(yè)提供動(dòng)力，成為影響現(xiàn)代日常生活的最重要資源之一，并且越來越多地決定著人類的進(jìn)步。

但隨著全球需求的增加，當(dāng)今的電力系統(tǒng)已達(dá)到極限。在德州儀器 (TI)，我們致力于幫助工程師和企業(yè)應(yīng)對(duì)三大趨勢(shì)，重塑能源生成、儲(chǔ)存和消耗方式：

人工智能 (AI) 對(duì)能源的需求不斷增長(zhǎng)

對(duì)空調(diào) (AC) 熱管理的需求日益增長(zhǎng)

電動(dòng)汽車 (EV) 充電規(guī)模不斷擴(kuò)展

這些變化正在一起重塑世界使用電力的方式，也創(chuàng)造了機(jī)會(huì)來設(shè)計(jì)更智能、更高效和更具彈性的電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的未來。

01為 AI 饋電

AI 正在革新行業(yè)，消耗大量電力。訓(xùn)練大型 AI 模型需要大量的數(shù)據(jù)中心，這些數(shù)據(jù)中心充斥著高性能圖形處理單元 (GPU) 和高級(jí)冷卻系統(tǒng)。這些設(shè)施已經(jīng)使用了約 1.5% 的全球電力，預(yù)計(jì)這一數(shù)字將在五年內(nèi)翻一番。

我們面臨的挑戰(zhàn)是，如何在不浪費(fèi)能源或破壞電網(wǎng)穩(wěn)定的情況下擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心來滿足這一需求。如果沒有高效的電網(wǎng)規(guī)劃，更多進(jìn)入數(shù)據(jù)中心的電力將作為熱量損失，從而增加成本、增加排放量并影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。

效率始于重新思考如何在數(shù)據(jù)中心內(nèi)分配和管理電源。隨著機(jī)架從千瓦級(jí)增長(zhǎng)到兆瓦級(jí)，行業(yè)正在從傳統(tǒng)的 54V 系統(tǒng)轉(zhuǎn)向高壓直流架構(gòu)（例如 ±400V 或 800V），這可以降低傳輸損耗并提高效率。

氮化鎵 (GaN) 器件、實(shí)時(shí)微控制器和精密檢測(cè)解決方案支持高效功率級(jí)，可將 GPU 和其他 AI 處理器所需的電壓降至低于 1V。要以超低電壓供電，就需要高電流和嚴(yán)格的調(diào)節(jié)，這是 AI 工作負(fù)載的關(guān)鍵條件。這些解決方案還有助于平衡性能與效率、管理兆瓦級(jí)機(jī)架上的負(fù)載，并在數(shù)據(jù)中心規(guī)模擴(kuò)大時(shí)保持電網(wǎng)穩(wěn)定性。

隨著能源需求超出電網(wǎng)容量，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng) (ESS)將發(fā)揮更重要的作用。將太陽(yáng)能、風(fēng)能或其他分布式電源與本地存儲(chǔ)技術(shù)相集成有助于穩(wěn)定供應(yīng)、減少峰值需求，并在電網(wǎng)波動(dòng)期間保持正常運(yùn)行時(shí)間。

固態(tài)變壓器是可以取代傳統(tǒng)線路頻率變壓器的電子設(shè)備，它們能夠以更高的精度轉(zhuǎn)換和控制電力。固態(tài)技術(shù)可無(wú)縫管理交流/直流轉(zhuǎn)換、實(shí)時(shí)平衡電壓電平并更好地集成可再生能源，從而進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)中心的效率和可靠性。

02高效熱管理

由于對(duì)空調(diào)和溫度控制的需求達(dá)到空前高度，2024 年的用電量增加了 4% 以上。為了高效地滿足這一需求，設(shè)計(jì)人員正在將 GaN 器件應(yīng)用到加熱、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)以及熱泵中，以幫助減少電力浪費(fèi)并提高性能。

同時(shí)，實(shí)時(shí)微控制器使工程師能夠精確控制電機(jī)和能源優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)變頻和預(yù)測(cè)性Y維護(hù)等自適應(yīng)功能，從而幫助冷卻系統(tǒng)以更低的功耗更好地運(yùn)行。

半導(dǎo)體創(chuàng)新也在推動(dòng)管理高密度系統(tǒng)中先進(jìn)液體冷卻的能力。這項(xiàng)技術(shù)有助于控制泵、閥門和熱回路來管理溫度，從而減少能源浪費(fèi)及其對(duì)電網(wǎng)的影響。

03光儲(chǔ)為大功率 EV 充電護(hù)航

2024 年的 EV 銷量超過1700 萬(wàn)臺(tái)，比 2023 年增長(zhǎng)了25%，這推動(dòng)了對(duì)更快、更強(qiáng)大充電基礎(chǔ)設(shè)施的需求。

800V 超快速充電器可提供 >1MW 的功率，足以在幾分鐘內(nèi)為汽車充電。但是，這種額外的電力會(huì)給本地電網(wǎng)帶來壓力，可能需要通過先進(jìn)的能源管理來重塑配電系統(tǒng)。為了跟上發(fā)展步伐，許多充電站設(shè)計(jì)現(xiàn)在將太陽(yáng)能發(fā)電與現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)能功能集成在一起，使系統(tǒng)能夠管理和降低峰值需求并提高可靠性。

從可縮小高壓充電器體積的 GaN 器件，到能以毫秒級(jí)精度精準(zhǔn)管控電流的實(shí)時(shí)控制器，我們正打造安全、高效且可靠的充電系統(tǒng)，這將定義下一代移動(dòng)出行技術(shù)的核心形態(tài)。

同時(shí)，在電池管理、電流檢測(cè)和數(shù)字隔離方面取得的突破有助于實(shí)現(xiàn)更安全的儲(chǔ)能和電網(wǎng)穩(wěn)定性，幫助提供足夠的能量，并在需要時(shí)隨時(shí)隨地收集、存儲(chǔ)和傳輸這些能量。

03電的世界

無(wú)論是冷卻住宅溫度、為汽車充電還是驅(qū)動(dòng) AI，電力現(xiàn)在是塑造進(jìn)步的關(guān)鍵。滿足不斷增長(zhǎng)的需求不僅僅需要發(fā)電，還需要在能源生態(tài)系統(tǒng)的每個(gè)階段明智地使用每一瓦特。

工程師們不斷設(shè)計(jì)更高效、更具彈性且更可持續(xù)的系統(tǒng)，將創(chuàng)新放在更智能的能源未來的前沿。

請(qǐng)持續(xù)關(guān)注《創(chuàng)新芯科技》，我們將為您帶來更多行業(yè)動(dòng)向與前沿技術(shù)的獨(dú)家解讀。