如今,，無(wú)論是發(fā)電,、轉(zhuǎn)換和配電還是電流的儲(chǔ)存與使用,，半導(dǎo)體對(duì)于打造高效能源生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)越來(lái)越大。事實(shí)上,，到2030年,，在美國(guó)將有80%的能量流通過(guò)半導(dǎo)體器件進(jìn)行傳輸。

　　在能源和電源管理領(lǐng)域,，“智能化”這一前綴在很久之前就已經(jīng)被頻繁使用，例如含義寬泛的智能電網(wǎng)和智能逆變器等,。在用于可替代能源,、針對(duì)固態(tài)變壓器的新一代電子、智能電表和很多其它電源應(yīng)用的普遍電子元器件中,，“智能化”的增長(zhǎng)趨勢(shì)也隨處可見,。

　　智能電源在過(guò)去的20年中不斷演變。它最初是指一個(gè)電源芯片能夠自動(dòng)地進(jìn)行操作,，以應(yīng)對(duì)所出現(xiàn)的任何情況,。而現(xiàn)在，它意味著電源芯片或模塊具有更高的智能化程度,，并且具備更多“感測(cè),、評(píng)估和操作”的能力。

　　也許您已經(jīng)注意到，目前的充電器不但尺寸越來(lái)越小,，而且越來(lái)越智能,。在不影響電池使用壽命的情況下，它擁有了更快的充電速度和更高的效率,，同時(shí)能夠在不同的系統(tǒng)需求下提供最優(yōu)的功率,，并且在不充電時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

　　現(xiàn)代電源管理IC間的通信能夠識(shí)別運(yùn)行負(fù)載和運(yùn)行模式,，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)來(lái)提供最佳的操作性能并部署先進(jìn)的信號(hào)處理算法,。這一點(diǎn)與那些在隔離環(huán)境下為其余系統(tǒng)提供可靠電壓和電流的傳統(tǒng)電源模塊有顯著區(qū)別。

　　智能電源的發(fā)展影響巨大,，下面就讓我們來(lái)了解一下值得注意的幾個(gè)類別和實(shí)例,。

　　集中電源

　　集中電源IC和模塊能夠感知其它模塊與總體系統(tǒng)的需求，因此智能化水平也越來(lái)越高,。在服務(wù)器或基站等目前的系統(tǒng)中,，很多電源IC和模塊間不僅可以互相通信，還能與系統(tǒng)的其余部分進(jìn)行通信,，以提升各個(gè)子系統(tǒng)的電力傳輸效率,。可靠功率轉(zhuǎn)換的重要性意味著實(shí)時(shí)遙感監(jiān)測(cè),、控制,、感測(cè)以及功率循環(huán)，而所有的這一切都需要通信功能的支持,。諸如電源管理總線 (PMBus) 的數(shù)字通信接口以及系統(tǒng)管理總線 (SMBus) 和I2C等某些其它協(xié)議已經(jīng)被采用和部署,，以便將功率轉(zhuǎn)換模塊與總體智能系統(tǒng)控制融合起來(lái)。以太網(wǎng)供電 (PoE),、USB Type C和無(wú)線電源Qi標(biāo)準(zhǔn)等電力傳輸協(xié)議通過(guò)通信來(lái)驗(yàn)證受電設(shè)備并決定傳輸?shù)碾娏?。電源系統(tǒng)管理器經(jīng)常被用來(lái)協(xié)調(diào)系統(tǒng)配電和監(jiān)控，同時(shí)與系統(tǒng)中的不同轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信,。

　　系統(tǒng)級(jí)功率優(yōu)化

　　現(xiàn)代手機(jī)通常能夠根據(jù)基站的距離調(diào)節(jié)輻射功率,，以延長(zhǎng)電池供電時(shí)間并可能降低干擾。事實(shí)上,，很多系統(tǒng)都可以根據(jù)傳輸?shù)膬?nèi)容快速地調(diào)節(jié)它們的功率,。功率放大器的電源可調(diào)制為跟蹤無(wú)線電信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，以提高RF功率放大器的效率,。

　　目前的充電器能夠監(jiān)視儲(chǔ)存的電荷,、電池化學(xué)成分以及電池的溫度，并通過(guò)自動(dòng)優(yōu)化為高效的快速充電提供適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷?。智能充電器持續(xù)監(jiān)視電池的電荷狀態(tài) (SoC) 和健康狀態(tài) (SoH),，并且相應(yīng)地調(diào)節(jié)充電的電流和電壓,。

　　一個(gè)服務(wù)器中的現(xiàn)代處理器能夠?qū)⑴c其操作模式相關(guān)的預(yù)先警報(bào)發(fā)送至智能電源管理模塊，以實(shí)現(xiàn)高效地功率轉(zhuǎn)換管理,。此外,，處理器還能夠?qū)⑵溆布匦苑答伣o電源模塊，如此一來(lái),，它便可以通過(guò)自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié) (AVS) 來(lái)為處理器決定正確的電壓電平,。

　　實(shí)時(shí)電源轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)

　　電源轉(zhuǎn)換器正在變得越來(lái)越高效。電源轉(zhuǎn)換器通過(guò)反饋環(huán)路來(lái)控制適當(dāng)?shù)碾娏鬏?。開關(guān)式電源原本就擁有一個(gè)閉合的控制環(huán)路,，用來(lái)決定轉(zhuǎn)換器在瞬時(shí)和穩(wěn)定狀態(tài)下的性能，而模擬控制環(huán)路通常被用于高效的轉(zhuǎn)換器中,。雖然之前已經(jīng)研究了很多針對(duì)智能電源的先進(jìn)自適應(yīng)控制算法,，直到最近才在開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換器中采用了大量的數(shù)字和混合信號(hào)環(huán)路。

　　數(shù)字化和信號(hào)處理的消耗目前處于合理的范圍,，特別是在更高功率的應(yīng)用中,，效率損失（由額外的數(shù)字電路引起）是可以忽略不計(jì)的。這個(gè)針對(duì)混合信號(hào)和數(shù)字控制的范圍從用于比例積分微分 (PID) 控制環(huán)路的邏輯電路,，到針對(duì)更高功率和更精密算法,，基于處理器且更為復(fù)雜的控制環(huán)路。除此之外,，為了提升輕負(fù)載以及滿負(fù)載情況下的效率,，同時(shí)提升動(dòng)態(tài)響應(yīng)和易用性，十分需要在不同的負(fù)載條件下,，在運(yùn)行中調(diào)諧功率轉(zhuǎn)換器的參數(shù)以優(yōu)化性能,。

　　許多關(guān)鍵的集成電路和架構(gòu)創(chuàng)新已經(jīng)為智能電源管理的蓬勃發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，例如高頻軟開關(guān),、多相位轉(zhuǎn)換器以及涉及信號(hào)處理算法的環(huán)路控制,。同時(shí)，半導(dǎo)體工藝技術(shù)已經(jīng)為我們提供了先進(jìn)的Bipolar CMOS DMOS (BCD) 工藝,，可以將模擬,、數(shù)字和功率器件組合在單個(gè)芯片上。更不用說(shuō)氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 技術(shù)在功率晶體管品質(zhì)方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步,。

　　隨著在能源生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行電源管理時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)逐步增大,，半導(dǎo)體行業(yè)將越來(lái)越關(guān)注智能電源的轉(zhuǎn)換,，以及如何實(shí)現(xiàn)效率的提升,。

　　TI的電源管理產(chǎn)品組合包括針對(duì)控制器、驅(qū)動(dòng)器以及功率器件等所有細(xì)分市場(chǎng)的大范圍智能電源解決方案,。