德州仪器如何为AI、热管理和EV充电提供可持续能源

德州仪器全新栏目《创新芯科技》上线！本期内容，我们将聚焦 AI、热管理、EV 充电三大电力需求增长领域，关注我们，我们将为您带来更多关于未来科技的深度洞察与精彩内容！

电力为我们的住房、城市和各行各业提供动力，成为影响现代日常生活的最重要资源之一，并且越来越多地决定着人类的进步。

但随着全球需求的增加，当今的电力系统已达到极限。在德州仪器 (TI)，我们致力于帮助工程师和企业应对三大趋势，重塑能源生成、储存和消耗方式：

人工智能 (AI) 对能源的需求不断增长

对空调 (AC) 热管理的需求日益增长

电动汽车 (EV) 充电规模不断扩展

这些变化正在一起重塑世界使用电力的方式，也创造了机会来设计更智能、更高效和更具弹性的电网，实现可持续的未来。

01为 AI 馈电

AI 正在革新行业，消耗大量电力。训练大型 AI 模型需要大量的数据中心，这些数据中心充斥着高性能图形处理单元 (GPU) 和高级冷却系统。这些设施已经使用了约 1.5% 的全球电力，预计这一数字将在五年内翻一番。

我们面临的挑战是，如何在不浪费能源或破坏电网稳定的情况下扩展数据中心来满足这一需求。如果没有高效的电网规划，更多进入数据中心的电力将作为热量损失，从而增加成本、增加排放量并影响电网稳定性。

效率始于重新思考如何在数据中心内分配和管理电源。随着机架从千瓦级增长到兆瓦级，行业正在从传统的 54V 系统转向高压直流架构（例如 ±400V 或 800V），这可以降低传输损耗并提高效率。

氮化镓 (GaN) 器件、实时微控制器和精密检测解决方案支持高效功率级，可将 GPU 和其他 AI 处理器所需的电压降至低于 1V。要以超低电压供电，就需要高电流和严格的调节，这是 AI 工作负载的关键条件。这些解决方案还有助于平衡性能与效率、管理兆瓦级机架上的负载，并在数据中心规模扩大时保持电网稳定性。

随着能源需求超出电网容量，现场发电和储能系统 (ESS) 将发挥更重要的作用。将太阳能、风能或其他分布式电源与本地存储技术相集成有助于稳定供应、减少峰值需求，并在电网波动期间保持正常运行时间。

固态变压器是可以取代传统线路频率变压器的电子设备，它们能够以更高的精度转换和控制电力。固态技术可无缝管理交流/直流转换、实时平衡电压电平并更好地集成可再生能源，从而进一步提高数据中心的效率和可靠性。

02高效热管理

由于对空调和温度控制的需求达到空前高度，2024 年的用电量增加了 4% 以上。为了高效地满足这一需求，设计人员正在将 GaN 器件应用到加热、通风和空调系统以及热泵中，以帮助减少电力浪费并提高性能。

同时，实时微控制器使工程师能够精确控制电机和能源优化，实现变频和预测性Y维护等自适应功能，从而帮助冷却系统以更低的功耗更好地运行。

半导体创新也在推动管理高密度系统中先进液体冷却的能力。这项技术有助于控制泵、阀门和热回路来管理温度，从而减少能源浪费及其对电网的影响。

03光储为大功率 EV 充电护航

2024 年的 EV 销量超过 1700 万台，比 2023 年增长了 25%，这推动了对更快、更强大充电基础设施的需求。

800V 超快速充电器可提供 >1MW 的功率，足以在几分钟内为汽车充电。但是，这种额外的电力会给本地电网带来压力，可能需要通过先进的能源管理来重塑配电系统。为了跟上发展步伐，许多充电站设计现在将太阳能发电与现场储能功能集成在一起，使系统能够管理和降低峰值需求并提高可靠性。

从可缩小高压充电器体积的 GaN 器件，到能以毫秒级精度精准管控电流的实时控制器，我们正打造安全、高效且可靠的充电系统，这将定义下一代移动出行技术的核心形态。

同时，在电池管理、电流检测和数字隔离方面取得的突破有助于实现更安全的储能和电网稳定性，帮助提供足够的能量，并在需要时随时随地收集、存储和传输这些能量。

03电的世界

无论是冷却住宅温度、为汽车充电还是驱动 AI，电力现在是塑造进步的关键。满足不断增长的需求不仅仅需要发电，还需要在能源生态系统的每个阶段明智地使用每一瓦特。

工程师们不断设计更高效、更具弹性且更可持续的系统，将创新放在更智能的能源未来的前沿。

请持续关注《创新芯科技》，我们将为您带来更多行业动向与前沿技术的独家解读。