電源電子技術在降低能耗中的探究

師建光

（中國石油天然氣銷售分公司，遼寧 沈陽110004）

電源電子技術，作為能夠降低電力系統運行控制電能效果的重要技術之一，其運行使用易受環境因素影響而出現系統內部熱量聚集等現象。這就阻礙了所處行業的健康穩定發展。相關建設者應對電源電子的消耗情況與技術發展局限進行分析，以找出技術運用控制優化的關鍵點，進而推動所處行業的健康穩定發展進程。具體來說，就是將科研發展重點放在提高電源效率與安全性上，以落實當前綠色節能與高效環保的運行控制理念，進而促進行業的可持續發展步伐。這樣一來，電能資源的利用效率就能在電源電子技術高效運用背景下得以實現，進而滿足各行各業發展所提出的電能使用安全可靠需求。

1 研究電源電子技術在降低能耗中的現實意義

當前階段，電源電子系統發展的趨勢集中在電子技術的綠化節能與高效環保兩個方面。然而，在發展建設過程，雖然數據庫建設日趨完善、數據處理效率日益提升、系統穩定性增加以及數據存儲與流量空間擴大，但與之對應的電子設備體積市場要求具有體積小且便與攜帶要求，仍有很大的提升空間。特別是，那些集成要求高、能耗低的電子系統，需要在相同電池、相同體積下控制電子設備能耗與待機時間。經對當前的市場環境發展情況進行分析，發現電子設備外形設置多具有簡單特性，且終端產品小巧，系統內部的集成電路、處理器以及存儲器等數量處于不斷增加趨勢。此運行現狀，使得系統內部熱量越來越多，如何科學合理的進行熱管理，成為了控制能耗的關鍵。如此問題得不到研發控制，現代化電子技術運用優勢將無法發揮出來。為此，相關建設者應從電源電子消耗與技術發展現狀入手，通過掌握技術與能耗控制局限，來使電子系統運行使用達到節能降耗預期。這是滿足現代化經濟建設背景下電源電子技術運用可持續發展需求的重要課題[1]。

2 電源電子的消耗與技術發展現狀

2.1 電源電子消耗現狀

經濟水平的不斷提升，使得各行各業對能源消耗需求越來越大。此發展背景下，能源危機與環境污染，是亟需解決的問題。故而，全世界范圍內均在著手控制能源消耗，以緩解能源危機。具體來說，就是通過改進技術，不斷提高電子產品能耗的轉換率與降低待機能耗影響，以此來提高電源使用效率。然而，工業生產規模不斷擴大，使得電源使用量需求無法得到滿足。究其原因，電源使用效率始終未得到有效提升。經分析統計，有一部分電能消耗發生在系統內部。因此，在未來，如何完善系統設計、自動化控制系統以及電子元器件，進而提升電源使用效率，是節約電力消耗與控制電源使用成本的關鍵[2]。

2.2 電源電子技術的發展

早在二十世紀五六十年代開始，電源技術就進入了人們的視線，經整流技術、逆變技術、硅整流技術以及變頻技術的運用，表示電源技術被廣泛運用于各個領域。而現代電源技術，得益于高效率、高頻率以及高壓大電流的功率半導體復合元件使用，其成功從傳統電源技術轉換成了現代電源技術。到目前，電子元器件與集成電路的研發使用，成功使電源技術走向了小型化、綠色節能化、低電流、高效率以及低能耗低污染的進步道路。此外，功率單元與輸出單元的模塊化，成功使電源技術朝著模塊化與智能化方向發展。具體來說，就會根據新型開關電源，實現了功能開關干與輸出保護模塊融合的同時，還縮小開關電源體積。為使電源能夠在實際應用過程以更為靈活、便利狀態作用，通過穩壓電路模塊化的輸出，有效提升了電源使用的安全穩定性。未來，電源電子技術應朝著數字化與多元化方向發展，即在數字技術發展環境下，經數字技術應用減少非線性失真與電源高頻諧波干擾控制，實現智能化控制CPU。

就目前來看，電源種類是根據輸入、輸出狀態進行劃分，即AC-DC、AC-AC、DC-AC 以及DC-DC 若干種。按照運行工作狀態，又可將電源劃分為開關電源、線性電源以及二極管穩壓電源。按照連接負載的穩壓方法，又可將電源分成并聯型與串聯型穩壓電源。按照輸出電源的調整方式，可將電源劃分為可調與固定輸出電源。然而，隨著電子技術的快速發展，電源分類與界定也呈現出模糊狀態，即體現在電力電子設備的電源類型不同。下面就以固定或是可調節電壓輸出集成電路為例，以找出優化控制電源電子系統的低能耗控制策略[3]。

3 電源電子技術在降低能耗中的優化策略

3.1 明確電子系統低能耗實現方向

當行業發展至信息化與數字化狀態，意味著集成電路時代已經替代了單純分體晶體管時代。在數字技術高速發展條件下，人們對電源電子系統運行使用的能耗要求也跟著提升。由于傳統電源電子技術與配套設備，既不能滿足逐漸增加的電能需求，還面臨電力電子設備運行的諸多缺陷，因此，相關建設者應將科研發展重點放在提高電源效率與安全性上，以符合當前綠色節能與高效環保的運行控制理念。

3.2 靜態與動態電源低功率策略

靜態電源低功耗是指，系統初始化過程運用的電源低功耗管理技術，其需要結合系統初始化實際情況，將系統功能與管理模式作為控制重點。而動態電源，就是在CPU 系統運行環境下的低功耗技術，其能夠通過調整程序運行頻率來適用于系統運行控制繁忙狀態下的CPU 運行速度。同時，當系統運行處于空閑狀態，動態電源低功耗技術就可使CPU 系統處于休眠狀態。如此，不僅能夠有效控制平均電流電壓，還能在電流電壓恒定情況下對耗電時間進行控制，成功從整體角度出發降低系統運行的能源消耗。通常情況下，程序運行時，動態電源管理能夠在初始化過程得到確定，從實踐角度來看，其優于靜態電源低功耗技術運用[4]。

3.3 CPU 低功耗電源策略

在信息時代背景下，CPU 系統屬低功耗系統，究其原因，其能夠在軟硬件上為電源低功耗管理模塊、電源接口以及高級配置提供支撐，進而實現外部元件與多個電源轉換模塊的控制目標。如此，不僅保證了系統運行的安全可靠效果，還降低了對電能的消耗。現階段，目前的研究成果，即電源低功耗管理模塊、高級配置以及電源接口創新運用，不僅能夠將其引入至CPU 系統內核與I/0 中，還能作用于FPGA 系統與嵌入式系統。成功提升與控制了系統運行使用效率與電能消耗影響。值得注意的是，能源消耗降低多少、工作時鐘頻率、系統內部資源使用頻率、布線密度以及輸出變化頻率等，會因所處的系統環境差，而得出不同的電源實際能量消耗量。

3.4 低功耗集成電路

電源電子技術的發展建設進入到集成電路時代后，其應用也要過渡到低功耗集成電路。如，78 或是79 系列電源的穩壓集成電路與低壓差線性穩壓技術。在集成電路運用電源穩壓技術過程中，集成電路具有體積、線性調整率高、集成度高以及負載調整率高等特點，再加上，電路作用形式簡單且固定，只需控制好正負直流電壓輸出階段變壓器最小輸出功率與最小輸出電壓，就可得到低能耗控制預期。站在能量守恒定律上，電源輸入功率與輸出功率具有一致性，但從實際角度，元器件損耗不可避免，即會使電壓輸出功率低于輸入。在運用低壓差線性穩壓技術過程中，由于電源輸入、輸出的電壓差較小，因此，傳統線形穩壓技術的輸入輸出電壓差值應在2-3V 之間。值得注意的是，由于低壓差線性穩壓技術的運用會縮小輸入與輸出電壓的差值，因此，為維持正常運行科將差值設置為1.7V[5]。

結束語

綜上所述，信息時代背景下，電源電子技術的運用，需朝著低功耗、高效以及集成電路方向發展，即通過78 或是79 系列電源的穩壓集成電路與低壓差線性穩壓技術，經正負直流電壓輸出階段變壓器最小輸出功率與最小輸出電壓的控制，就可使技術所處系統運行呈現出低能耗。事實證明，只有這樣，才能將最具效用的低能耗電源電子技術作用于電能高效使用過程，以推動所處行業的健康穩定發展進程。故，業內人員應將上述分析內容與科研結果更多地作用于實踐，以滿足行業發展建設的可持續性需求。