由于電源是任何電子應用中的核心組件，電源行業(yè)通常必須在某些應用進入市場之前數年開發(fā)電源解決方案。這是一個巨大的挑戰(zhàn)，為了能夠實現這一目標并為客戶提供支持，電源設計人員不僅必須與系統(tǒng)和設備制造商密切合作，而且還要持續(xù)不斷地進行業(yè)務趨勢分析，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)領域。

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

在有人談論將關注人機合作的工業(yè) 5.0 的時候，工業(yè) 4.0 仍處于早期階段，盡管不斷增長的應用數量確實令人印象深刻。已經有很多關于工業(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，以及越來越多的機器人需要滿足工業(yè)和醫(yī)療安全認證的電源。

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

中小型機器人的智能動力

Powerbox (PRBX)及其母公司COSEL正在為要求嚴苛的行業(yè)開發(fā)電源解決方案，在工業(yè)和醫(yī)療領域，我們看到系統(tǒng)設計人員對具有許多內置功能的新一代電源的強烈需求，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)療領域在某種程度上受到物聯網 (IoT) 的影響，對于從幾瓦到幾千瓦的連接設備，通信變得非常重要。我們習慣于 CAN 總線或 PMBus，但在智能行業(yè)中，電源將成為機器對機器架構的積極組成部分，嵌入無線電通信并使用比目前實際使用的速度快得多的總線通信。

圖 1：COSEL RBC200F 用于中小型機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，作為將充電信息數據傳輸到下一個工作站的自主設備運行繼續(xù)充電和測試而不會中斷。所有電源都通過無線電傳輸進行通信，使汽車制造商可以移動充電設備以適應不斷變化的生產需求。

另一個有趣的領域是部署在各個行業(yè)和醫(yī)療領域的新一代中小型機器人。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 柵極驅動器，而無需提及設計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集線器輸送機而設計

在挑戰(zhàn)中添加挑戰(zhàn)

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

智能工業(yè)還意味著一種組織工廠的智能方式，現場開發(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備的主電源電纜，以及交換以太網和其他數據傳輸電纜以獲得堅固且安全的 RF 通信。

工業(yè) RF 通信網絡將發(fā)展以促進機器對機器的通信，雖然電源可能不需要內置的 RF 傳輸能力，但與現在相比，它們將需要與周圍環(huán)境進行更高水平的交互，正如在汽車行業(yè)，它可能成為某些應用的必需品。

RF 通信是電源設計人員探索的一個有趣的研究領域，同樣，電源將如何跟隨機器對機器的發(fā)展。

智能工廠自動化的智能電源

智能工廠自動化已經在許多行業(yè)中得到廣泛應用，但隨著人工智能 (AI)、遠程通信的進步以及對縮短客戶交貨時間的需求不斷增長，預計未來幾年將出現爆炸式增長。同樣，自動化包裹中心的增長預計將大幅上升。電子商務的快速發(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、分揀開關和許多其他類型的設備，這些設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。

包裹集線器設計者和集線器運營商在處理種類繁多的設備方面面臨著多重挑戰(zhàn)。新一代包裹樞紐建立在非常復雜的架構上。新生產線沒有（比如）一條 100 米長的傳送帶，而是由 5 到 10 米長的較短的單獨段組成，并在包裹從 A 點運輸到 B 點時按需打開和關閉。每個段由直流電機供電，需要使用先進的電源，不僅能夠提供電力，還能滿足現代包裹樞紐環(huán)境固有的復雜要求。

傳統(tǒng)上，低于 1000W 的直流電機由單相 AC/DC 電源供電。盡管為了簡化安裝、減少不平衡的相位負載以及更好地優(yōu)化來自電網的能量，包裹集線器設計人員現在要求直流電機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)能和減少峰值負載，集線器設計人員要求電源包括峰值能量控制和能量存儲，從而能夠在電機減速或停止時存儲能量，并且在直流電機啟動時提供高能量水平。這通常通過電容器或超級電容器組來實現，這些電容器或超級電容器組由負責電源能量管理的微處理器部分控制（圖 2）。

結論

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