模塊休眠技術與節能實現

1 引言

在我國高頻開關電源模塊作為一種主要的直流電源，被廣泛地使用在電力、通訊、鐵路、化工等行業，為了節約成本，提高開關電源模塊的效率就成了一種普遍而迫切的需求。各模塊生產廠家也投入大量資金用于研發新的電源模塊，極力提高模塊轉化效率和降低電源模塊的自身損耗。而出于安全性和可靠性的考慮，模塊的用戶通常采用電源模塊冗余配置，并且預留蓄電池的容量在正常工作狀態下并不使用。這就使開關電源模塊長期處于低負載率工作狀態，轉換效率很低，造成資源的浪費。

2 節能技術研發背景

2.1 電力工業是國民經濟的基礎產業，它一刻不停地向社會提供清潔、高效的能源。隨著科技的發展和生產力的不斷提高，電力以及和電力相關的運營成本所占的比重正大幅增長。為了提高效率、減少損失、降低運營成本，供電企業和用戶對電力系統運行管理的要求也越來越高。在國際能源與氣候議題持續進行下，各國大力推動智能電網建設，期望能透過實時控制及需求端管理，來促進電力資源最佳化配置與運行，達到節能減排目標。節能降耗已成為我們的工作重點及專門研究課題。

2.2 在電力行業，無論在發電廠還是變電站等所有的直流電源系統中，通常高頻開關電源設備在采購過程中，都會考慮系統整流模塊N+1備份及后期擴容等需求，往往開關電源的容量選型大于當前運行設備實際負載，沒有對冗余開關電源模塊進行識別、休眠軟關斷和智能控制功能，結果導致電源實際工作負載率較低，造成能耗的浪費。

3 高頻開關電源模塊的節能分析

高頻開關電源模塊轉換損耗主要包括輸出功耗、帶載損耗和空載損耗。輸出功耗是根據負載電流大小決定的，無法降低能耗。帶載損耗主要決定因素是模塊的轉換效率，轉換效率越高則帶載損耗越少?？蛰d損耗則是模塊內部各器件的正常工作損耗。

高頻開關電源模塊的效率特性，是在一定區間內效率隨負載電流的增加而增加，系統的最佳效率區間一般是負載率在40%—80%之間。所以，我們可以通過調整負載率來提高模塊效率，從而降低帶載損耗。空載損耗則可以通過采集實際負載大小，計算需要的模塊數，關閉適當的模塊來降低。根據以上所述，模塊休眠技術可以在不增加成本的情況下有效地提高轉換效率，實現節能。

4 高頻開關電源模塊的休眠技術

模塊休眠技術是一種基于軟件實現的。通過采集實際負載大小，計算負載率和實際需要開啟模塊數量，由監控下發指令，控制模塊定時開啟和關閉，把負載率調整到40%—80%之間，從而實現提高模塊轉換效率的技術。由于模塊總是處于一段時間工作和一段時間休息的狀態，也可以延長模塊的使用壽命。而且由于各模塊的工作和休息時間平均，這樣可以實現模塊的同步老化，從而延長整個直流電源系統的使用壽命。