智能工厂自动化的智能电源

由于电源是任何电子应用中的核心组件，电源行业通常必须在某些应用进入市场之前数年开发电源解决方案。这是一个巨大的挑战，为了能够实现这一目标并为客户提供支持，电源设计人员不仅必须与系统和设备制造商密切合作，而且还要持续不断地进行业务趋势分析，以定义需要哪些电源解决方案。未来几年在工业、医疗和其他行业领域。  

全球经济存在诸多不确定性，贸易战、英国脱欧、合格运营商缺乏、99.99%的质量要求等诸多因素，工业格局从传统向智能的转变正在加速。在凯捷数字化转型研究所发表的一项研究中，他们估计在未来五年内，智能工厂可为整个行业增加多达 1.5 万亿美元。这确实很重要，如果电源仅占该数量的一部分，则增长不可忽视。但是，这需要电源制造商进行大量技术创新才能满足客户的期望。  

在有人谈论将关注人机合作的工业 5.0 的时候，工业 4.0 仍处于早期阶段，尽管不断增长的应用数量确实令人印象深刻。已经有很多关于工业 4.0 和智能电源解决方案的文章，但自 2015 年以来，我们看到了其他领域，例如医疗向更智能的自动化水平发展，以及越来越多的机器人需要满足工业和医疗安全认证的电源。  

中小型机器人设备在所有行业中变得越来越普遍，如果我们习惯了在汽车或重工业中运行的令人印象深刻的机器人，那么有无数的小型机器人完成复杂的任务，帮助人们改善生活（例如家庭医疗机器人帮助残疾人完成日常工作），甚至帮助外科医生进行复杂的手术，有些甚至是通过远离手术室数英里的远程控制来执行的。仅手术机器人这一部分预计将从 2018 年的 39 亿美元增长到 2023 年的 65 亿美元，这只是 2023 年预计的 600,000 台机器人单位的一小部分。  

中小型机器人的智能动力  

Powerbox (PRBX)及其母公司COSEL正在为要求严苛的行业开发电源解决方案，在工业和医疗领域，我们看到系统设计人员对具有许多内置功能的新一代电源的强烈需求，以及更高的要求。配置的灵活性级别，以及更多的通信接口。  

工业和医疗领域在某种程度上受到物联网 (IoT) 的影响，对于从几瓦到几千瓦的连接设备，通信变得非常重要。我们习惯于 CAN 总线或 PMBus，但在智能行业中，电源将成为机器对机器架构的积极组成部分，嵌入无线电通信并使用比目前实际使用的速度快得多的总线通信。 

图 1：COSEL RBC200F 用于中小型机器人和工厂自动化的三重隔离输出  

对许多人来说，这似乎是科幻小说，但如今，汽车行业中使用的电源系统已经可以在汽车组装过程中控制和测试锂离子电池充电，作为将充电信息数据传输到下一个工作站的自主设备运行继续充电和测试而不会中断。所有电源都通过无线电传输进行通信，使汽车制造商可以移动充电设备以适应不断变化的生产需求。  

另一个有趣的领域是部署在各个行业和医疗领域的新一代中小型机器人。集成水平令人印象深刻，要求电源制造商在正常电源通道之外集成更多功能，例如具有高隔离度的IGBT 栅极驱动器，而无需提及设计人员在输出电压组合方面所需的灵活性（图 1）。 

图 2：PRBX ENI250A24 专为具有微处理器控制器和能量回收的高速电子商务集线器输送机而设计  

在挑战中添加挑战  

由于中小型机器人在各个行业的使用方式不同，机器人设备制造商通常要求电源符合/认证符合 EN62477-1 (OVC III) 等工业标准，从而可以将设备直接连接到配电盘，新的 EN62368-1 最初是为音频、视频和 ICT 设备创建的，同时也没有忘记 IEC 60601-1 和附属的医疗标准。此外，电源设计人员必须考虑大量的安全和操作标准，这给已经充满挑战的环境增加了另一层复杂性。  

智能工业还意味着一种组织工厂的智能方式，现场开发人员可以优化工厂和车间布局，以提高灵活性和效率。示例包括尽量减少连接到设备的主电源电缆，以及交换以太网和其他数据传输电缆以获得坚固且安全的 RF 通信。  

工业 RF 通信网络将发展以促进机器对机器的通信，虽然电源可能不需要内置的 RF 传输能力，但与现在相比，它们将需要与周围环境进行更高水平的交互，正如在汽车行业，它可能成为某些应用的必需品。  

RF 通信是电源设计人员探索的一个有趣的研究领域，同样，电源将如何跟随机器对机器的发展。  

智能工厂自动化的智能电源  

智能工厂自动化已经在许多行业中得到广泛应用，但随着人工智能 (AI)、远程通信的进步以及对缩短客户交货时间的需求不断增长，预计未来几年将出现爆炸式增长。同样，自动化包裹中心的增长预计将大幅上升。电子商务的快速发展促成了高度自动化的集线器的创建，其中包括传送带、分拣开关和许多其他类型的设备，这些设备需要能够在苛刻环境中工作的高效智能电源解决方案。  

包裹集线器设计者和集线器运营商在处理种类繁多的设备方面面临着多重挑战。新一代包裹枢纽建立在非常复杂的架构上。新生产线没有（比如）一条 100 米长的传送带，而是由 5 到 10 米长的较短的单独段组成，并在包裹从 A 点运输到 B 点时按需打开和关闭。每个段由直流电机供电，需要使用先进的电源，不仅能够提供电力，还能满足现代包裹枢纽环境固有的复杂要求。  

传统上，低于 1000W 的直流电机由单相 AC/DC 电源供电。尽管为了简化安装、减少不平衡的相位负载以及更好地优化来自电网的能量，包裹集线器设计人员现在要求直流电机的所有电源都具有三相输入，无论功率水平如何。此外，考虑到节能和减少峰值负载，集线器设计人员要求电源包括峰值能量控制和能量存储，从而能够在电机减速或停止时存储能量，并且在直流电机启动时提供高能量水平。这通常通过电容器或超级电容器组来实现，这些电容器或超级电容器组由负责电源能量管理的微处理器部分控制（图 2）。  

结论  

智能电力革命即将到来。这两个例子说明了系统设计人员的需求变化、所需的创新水平以及电源制造商将面临的挑战。对于电源设计人员来说，这是一个非常激动人心的时刻，不仅要开箱即用，还要添加更多内容

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