2020年05月07日 | 数字电子设备将引发第二次电气革命

翻译自——eetimes

如今，住宅和商业地产都是智能系统、智能安全系统和其他自动化解决方案的成熟市场，但旧的电力基础设施无处不在，有时会成为障碍。

考虑到这一点，创业公司Amber Solutions已经为智能插座、断路器和更多产品开发了一系列固态电子解决方案。嵌入式软件管理在建筑物的电线端点内提供智能控制基础，供第三方安全和自动化提供商使用。

电力分配始于19世纪末，人们很快就认识到，电力系统需要纳入技术安全措施。托马斯·爱迪生发明了第一个保险丝来保护负载不受过电流的影响。保险丝今天仍然保护着建筑物。爱迪生还开发了第一个断路器的概念，用于保护负载和线路不过热，从而减少火灾对结构和生命损失的风险。

但是电力基础设施的发展速度还远远赶不上摩尔定律——并不是说电力基础设施需要那么大的发展，但仍然如此。如果我们能把托马斯·爱迪生带回现代，他会注意到他那个时代电力基础设施的变化，但他会发现他看到的很多东西都是熟悉的。

政府的安全规定促使断路器供应商增加新的保护功能。墙壁插座和开关采用了类似的技术路线。绝大多数插座是简单的机械结构，没有电子或更高级的能力。现在，更先进的插座包括接地故障检测电路断路器(GFCI)，以防止触电，特别是在厨房，浴室，车库等潮湿的地区。这些GFCI插座包括灵敏的电子设备以检测故障状况，但仍继续依赖20世纪50年代的机电结构来打开和关闭电路。

目前市场上最先进的墙壁开关包括电容触控显示器和无线控制，以提供更多的便利。迄今为止，绝大多数的设计仍然采用机电继电器来控制负载电流。随着技术创新的加速，电力基础设施越来越落后于创新曲线，但在电力管理中采用创新的步伐明显放缓。

随着所有家庭和建筑物中电子设备的爆炸，电力基础设施的问题正在积累。一些大公司正致力于提供一种基于集成软件的固态开关概念的电力创新设想，主要用于商业和工业应用。

固态数字控制

电力数字化控制的突破允许硬件升级和机器学习嵌入到建筑物中的算法。固态结构——电子元件和硅芯片，使这一突破得以充分实现，它们让软件智能能够直接整合到电气产品、电气基础设施中，从而整合到建筑物的结构里。

固态体系结构创新的数字化特性创造了扩展功能、增加价值、集成和扩展现有智能建筑系统的可能性，如住宅和商业安全、商业消防控制、门禁控制和建筑自动化。

固态电气体系结构的整体好处在于:

可靠性分析:运动部件的小型化，并能保证更高的可靠性。

更快和更安全的操作:固态体系结构支持更快速的操作，如断路器干预。

减少大小:通过固态体系结构减少电源管理技术的大小的能力可增加了许多附加功能。

更智能的操作:固态体系结构对于存储算法和固件非常理想，因此可以将机器对机器控制(M2M)和机器学习智能(ML)集成到基础设施中。

Amber提供了一个固态交流电电源解决方案——Amber AC / DC Enabler。Amber AC / DC Enabler具有广泛的应用范围，其固态架构专为内部使用的低功耗解决方案而设计，特别着重于优化有线智能产品中的物联网（IoT）功能。Amber AC / DC Enabler仅是传统行业标准电源转换模块的一小部分。这种尺寸减小为有线产品提供了扩展空间，以便在传统的标准产品覆盖范围内增加大量的IoT功能和传感器。此外，公司最近宣布已获得Amber AC / DC Enabler的姊妹技术Amber AC Switch的专利，该技术可实现对交流市电的数字控制。

据Amber介绍，其新产品可以实现电力的固态数字控制，为建筑物或住宅中的任何电气设备供电。AC/DC使能器是ul认证的固态数字电源管理开关，无弧开关，消除了笨重的继电器和可控硅调光器。Amber的交流开关，是一个双投固态线路干扰断路器GFCI和AFCI。它提供高速，可编程的过电流保护。这两种设备都支持智能产品的监控。

Amber Solutions的创始人、总裁兼首席执行官Thar Casey：“电网是Amber运营的关键资源，” “Amber已经创造了一个独特的交直流启动器，这是一种伪开关转换器，可以将一小部分的交流电源或电网电源转换成一个可调节的直流电源。Amber定义了交流电的使用，并开发了另一种独特的电源控制方法，这次它是将交流电控制成交流电负载。通过我们的数字电源管理和控制系统(DPMC)，这是一个小型的固态设备，该系统的微控制器、处理器和射频设备直接连接到交流电源。”

固态现代化方法可以简化安装、降低总体成本、增加功能并提供更高的安装效率。预先安装这些功能丰富的设备为各种功能提供了一个随时可用的平台。Amber的技术是一个数字电源管理系统，一个小型的固态设备，它可以有效地管理来自交流电源的高度复杂的微控制器、处理器和RF设备的电源供应。它消除了对电容器和磁铁等笨重的机电元件的需求，这些元件限制了当今设备的可靠性和功能性，有效地减少了元件的数量。

Casey：“重大技术突破将包含在一个单一的解决方案中。我们找到了一种消除将交流转换为直流的机电动力转换器的方法。那个功率转换器有一个电解磁性变压器，是机电转换器。我们把它变成了完全固态的溶液。正因为如此，我们能够把它完全变成一个芯片，最终它的大小会是一个零头。”

传统电力基础设施的固态现代化可以在质量、可靠性和安全性方面提供升级，但也有机会将智能作为物联网的基础。

建筑物内置智能的前景可以提供一系列的好处，从提高安全性到节约能源，从内置机器学习智能的先进自动化到对环境条件的持续感知，既可以用于人类健康的建筑物房间，也可以用于监测建筑物条件变化的设施围墙内。