电源的技术创新将推动工业自动化的进行
2022/3/24 14:33:16 点击：
提高工业自动化以创建智能工厂将依赖于电源制造商的技术创新。电源是任何电子应用中的核心组件，这意味着电力行业通常必须在特定应用进入市场之前多年开发解决方案。这是一个巨大的挑战，要实现它并支持客户，电源设计人员必须与系统和设备制造商密切合作，同时分析业务趋势以确定未来几年各行业需要哪些电源解决方案部门。
由于全球经济存在很多不确定性——例如贸易紧张、缺乏合格的运营商——工业格局从传统模式向智能模式的转变正在加速。Capgemini Digital Transformation Institute 发表的一项研究估计，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。这很重要，如果只有一部分由电源代表，那将是可观的增长。然而，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。
工业 4.0 仍处于早期阶段，尽管有些人已经在谈论工业 5.0，它将侧重于人与机器之间的合作。尽管工业 4.0 还处于起步阶段，但不断增长的应用数量令人印象深刻。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，我们已经看到其他细分市场，例如医疗，向更高水平的智能自动化和越来越多的机器人技术发展，这些机器人技术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。我们习惯于在汽车或重工业中运行的机器人，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任务），甚至帮助外科医生进行复杂的手术，一些甚至在距离手术室数英里的地方通过遥控器进行操作。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
在工业和医疗领域，系统设计人员对具有内置功能的新一代电源有着强烈的需求，要求配置具有更高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。对于连接的设备，无论是从几瓦到几千瓦，通信都非常重要。我们习惯于 CAN 总线或 PMBus，但在智能工厂中，电源将成为机器对机器 (M2M) 架构的活跃部分，嵌入无线电通信并使用目前正在实践中的更快的总线通信。
今天，汽车工业中使用的电源系统能够在汽车组装过程中控制和测试锂离子电池的充电。它们作为自动设备运行，将充电信息数据传输到下一个工作站，以在不中断的情况下继续充电和测试。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。集成度要求电源厂商在正常电源通道之外集成更多的特性，比如具有高隔离度的IGBT驱动器。设计人员还需要在输出电压组合方面具有灵活性（见图 1）。
在挑战中添加挑战
中小型机器人在各行各业的用途各不相同，因此机器人设备制造商通常要求电源符合 EN62477-1（或过压类别 3 / OVC III）等工业标准，从而可以将设备直接连接到配电盘，以及最初为音频、视频和 ICT 设备创建的新 EN62368-1。还有医疗标准，如IEC 60601-1
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。
智能工业还意味着组织工厂，现场开发人员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。
工业射频通信网络将发展以促进 M2M 通信，尽管电源可能不需要内置射频传输能力，但与现在相比，它们需要与周围环境进行更高水平的交互。它可能成为某些应用的必需品，就像在汽车行业一样。
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。
添加智能
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也将大幅增长。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，这些设备需要高效和智能的电源解决方案才能在苛刻的环境中工作。
包裹枢纽设计师和枢纽运营商在处理种类繁多的设备时面临着多重挑战。新一代包裹枢纽建立在非常复杂的架构上。新生产线没有 100m 长的传送带，而是由 5 到 10m 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。每个段由一个供电直流电机需要使用先进的电源，必须满足包裹集线器环境的复杂要求。
图 1：Cosel 的 RBC200F 具有适用于中小型机器人和工厂自动化的三重隔离输出。
传统上，1,000W 以下的直流电机由单相 AC/DC 电源供电。为了简化安装、减少不平衡的相负载并更好地优化电网能量，包裹集线器设计人员要求所有直流电机的电源都具有三相输入，无论功率水平如何。出于节能和降低峰值负载的考虑，集线器设计人员要求电源包括峰值能量控制和能量存储。它们能够在电机减速或停止时储存能量，而且在直流电机启动时也能提供高能量水平。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（见图 2）。
由于全球经济存在很多不确定性——例如贸易紧张、缺乏合格的运营商——工业格局从传统模式向智能模式的转变正在加速。Capgemini Digital Transformation Institute 发表的一项研究估计，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。这很重要，如果只有一部分由电源代表，那将是可观的增长。然而，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。
工业 4.0 仍处于早期阶段，尽管有些人已经在谈论工业 5.0，它将侧重于人与机器之间的合作。尽管工业 4.0 还处于起步阶段，但不断增长的应用数量令人印象深刻。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，我们已经看到其他细分市场，例如医疗，向更高水平的智能自动化和越来越多的机器人技术发展，这些机器人技术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。我们习惯于在汽车或重工业中运行的机器人，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任务），甚至帮助外科医生进行复杂的手术，一些甚至在距离手术室数英里的地方通过遥控器进行操作。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
在工业和医疗领域，系统设计人员对具有内置功能的新一代电源有着强烈的需求，要求配置具有更高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。对于连接的设备，无论是从几瓦到几千瓦，通信都非常重要。我们习惯于 CAN 总线或 PMBus，但在智能工厂中，电源将成为机器对机器 (M2M) 架构的活跃部分，嵌入无线电通信并使用目前正在实践中的更快的总线通信。
今天，汽车工业中使用的电源系统能够在汽车组装过程中控制和测试锂离子电池的充电。它们作为自动设备运行，将充电信息数据传输到下一个工作站，以在不中断的情况下继续充电和测试。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。集成度要求电源厂商在正常电源通道之外集成更多的特性，比如具有高隔离度的IGBT驱动器。设计人员还需要在输出电压组合方面具有灵活性（见图 1）。
在挑战中添加挑战
中小型机器人在各行各业的用途各不相同，因此机器人设备制造商通常要求电源符合 EN62477-1（或过压类别 3 / OVC III）等工业标准，从而可以将设备直接连接到配电盘，以及最初为音频、视频和 ICT 设备创建的新 EN62368-1。还有医疗标准，如IEC 60601-1
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。
智能工业还意味着组织工厂，现场开发人员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。
工业射频通信网络将发展以促进 M2M 通信，尽管电源可能不需要内置射频传输能力，但与现在相比，它们需要与周围环境进行更高水平的交互。它可能成为某些应用的必需品，就像在汽车行业一样。
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。
添加智能
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也将大幅增长。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，这些设备需要高效和智能的电源解决方案才能在苛刻的环境中工作。
包裹枢纽设计师和枢纽运营商在处理种类繁多的设备时面临着多重挑战。新一代包裹枢纽建立在非常复杂的架构上。新生产线没有 100m 长的传送带，而是由 5 到 10m 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。每个段由一个供电直流电机需要使用先进的电源，必须满足包裹集线器环境的复杂要求。
图 1：Cosel 的 RBC200F 具有适用于中小型机器人和工厂自动化的三重隔离输出。
传统上，1,000W 以下的直流电机由单相 AC/DC 电源供电。为了简化安装、减少不平衡的相负载并更好地优化电网能量，包裹集线器设计人员要求所有直流电机的电源都具有三相输入，无论功率水平如何。出于节能和降低峰值负载的考虑，集线器设计人员要求电源包括峰值能量控制和能量存储。它们能够在电机减速或停止时储存能量，而且在直流电机启动时也能提供高能量水平。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（见图 2）。
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