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物聯網中電源管理的未來

2013年03月01日  | Alix Paultre

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作者:Alix Paultre,行銷與溝通總監,GlobTek公司

本文是EDN雜誌"2013年熱門技術展望"一文的一部份,在這篇技術展望的文章中,EDN美國版編輯與來自業界的專家檢視了一些發生在2012年的趨勢與技術,它們可望重塑2013年及更長遠未來的技術版圖。



 


圖25 沒有混合匯流排連接架構的發展(如USB和PoE),設備之間的電源和資料交流就會更困難,USB和PoE均激勵和促進了這一發展進程。



在數位管理與系統通信領域,自線性電源(linear power supply)出現以來,電子電源系統產業就處在最大的技術整合過程中。長期以來,數位電源管理技術一直屬於用戶端晶片設計的一個領域,由器件控制其內部子系統,以獲得最大的工作效率,而對驅動用的功率IC一直有特殊要求。數位電源管理(digital power management)從內部遷移到外部,並且要求與外部世界各種系統的通信交流,從而為業界帶來了更大的挑戰與機會。

如果沒有某種核心技術(無論是基於硬體還是軟體),這種遷移都不可能發生。在能利用更高控制級別的匯流排間架構(intermediate-bus architecture)出現以前,PMBus這種數位化電源管理協議不可能轉到電路板級,也不能為設計人員提供實際數值。如果沒有混合匯流排連接架構(mixed-bus connector architecture)的發展(如USB和PoE),設備之間的通信(無論是電源還是資料)都會更加困難,兩者均鼓勵並推動了此一發展(圖25)

相關的外部因素同時取決於現實與需求,在電源設計領域中,它們有很多的重疊。功率效率會轉換為熱效率,這有助於整潔的設計、會挑戰觸覺,會影響電路板佈局,會影響到可用的電源系統資源,及其冷卻/遮罩需求。如果一個系統可以與其電源通信,則它可以採用擴展的電源管理方法,提升整體系統效率。對於電池和其他能源儲存系統,通信還可以提高設備安全性與可靠性。市場需求已使大多數外置充電器加上了USB插頭;為什麼不利用這種方式的雙向性呢?

提供功能性的壓力,再加上先進電源系統方法的可用性,推動了數位電源管理朝宏觀系統(macro system)的轉移。可以與其外置充電器通信的設備要比沒有此功能的設備有更高的效率;當外置充電器可以與智慧型家居管理系統通信時(或至少與智慧型電錶通信),結果不僅提高了效率,而且還改善了功能與安全性。這種整合提供的整合性不僅是對用戶,同時也針對基礎架構,因為它使設備成為物聯網以及所有相關事物的一部分。

某種程度上,基礎設施這種在功率位準(power level)上自我管理的能力,對有些用戶是一種騷擾,但有很大的好處。例如,如果可以在子電網級別上切斷颶風、龍捲風以及洪水撤離區中的家庭供電,則可以最大限度地減少次生火災(secondary fire),並消除由於觸電和洪水所產生之次生電力損害(secondary electrical damage)對第一反應者帶來的威脅。這種關閉電網中無用設備的能力(通過電源標記或設備的自報告)可降低待機“吸血鬼”漏電,從而儘量減少限電和斷電。

有雲支援(cloud-supported)的Web產品發展,增加了對電源與信號更高設備間通信的要求。隨著智慧型手機擔任個人伺服器的角色越來越重,它要管理的東西也越來越多,從腰帶上的人工胰腺到起搏器速率,同時還要遙控你的輪椅在屋裡行走。最佳功能的系統是,電池狀態和其他工作參數都是系統管理的一部分,並且可以通過網路存取。你的醫生可以監控你的醫療設備性能,甚至可以監控玩具的軟體升級,以及將系統糾錯資料下載到設備上。

對於一個設計者來說,這意味著將越來越要在一個更大的系統架構中保證自己的設計功能,設備架構中擁有的功能越高,就越能滿足物聯網的更高要求。由於系統架構與市場需求都提高了對設備間更主動交換資料的要求,因此從設備中的單個晶片,直到將來的電源站,參與對話的電源系統都會成為市場上的大紅利。

亦見:

• 奈米技術。我們對可能性的理解正以指數的形式增長,奈米技術正逐漸從一種重要的材料技術,轉變為一種核心微器件以及微型元件電子產品與器件技術(圖26)

圖 26
圖26奈米技術正逐漸從重要的材料技術,轉而成為一種核心微器件和微元件的電子器件技術。



• 小型設備的能源採集與替代性電源方法。 “智慧塵埃(smart dust)”感測器網路、寄生式能源採集子系統,以及多源電源系統都是獲取能量的例子,以提高系統的功能與性能。



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