制造业日新月异。一百年前，工厂大多依靠人力驱动，现在则主要通过消耗大量电能作业。电能可为计算机、自动化设备和机器人供电，显著提高工厂的效率。然而电能并非取之不尽用之不竭。那么，人们为提高用电效率究竟采取了哪些行动呢？
电子器件的效率如何？
工厂需要消耗电能来生产我们日常购买和使用的商品，其耗电量非常大。一家小型工厂一周的耗电量可能相当于一户家庭一个月的用电量。但对于大型工厂而言，可能只够其运行一天甚至几个小时。为了保证人们负担得起这些日常用品，工厂针对自动化所做的每一次改进（如添加机器人），都对相应设备提出了高效用电的需求。
电子电力行业内的科学家和工程师们在研究、设计和开发组件及其材料方面所做的努力，对于改进用电效率而言发挥着关键性的作用。为了更加清晰地表明如今家电的先进程度，我们可以将其与上世纪八十年代的音响系统做个对比。那时，音响系统放大器的效率只有50% - 60%。这意味着，每输出一瓦特的功率，都有近一半的功率被浪费了。而损失的能量大部分则转化为废热。此外，洗衣机、冰箱、冷柜和电视机也是如此。
电子器件怎样帮助提高用电效率？
就电子器件而言，工程师主要使用两种方法来提高效率：
方法一：组件自身
随着时间的推移，电子组件变得愈发小巧高效；而新材料的出现也令我们的组件能够在实现更小封装尺寸的同时，拥有更强大的功能。而我们所有针对该领域所展开的研究，都是为了满足客户的需求，即对更高效的电子组件的需要。
方法二：在电路中使用电子组件的策略
上世纪八十年代，制作放大器的方法很有限。一方面，放大器的制作受到组件的限制。另一方面，这是由于人们虽然斥巨资打造电路，其效率提升效果却并不显著。电子器件性能的提升与成本不成正比。
不过工程师知道，只要他们有了合适的电子设备，他们就能采用非常巧妙的方法，打造出非常高效的电子产品。
一大变化体现在数字化技术的发展方面。许多年前，人们单纯使用模拟电路，来打造处理模拟信号的设备（如放大器）。而现在，放大器集最佳模拟和数字化技术于一体，功能强大、精巧高效，如电视和环绕立体声家庭影院系统。总而言之，功能强大、精巧高效的音频放大器满足了家庭音频系统的需求。
功率的及时供给是关键
另一项艰巨的任务就是为电子电路供电。电源供应器可以将墙壁插座处所提供的交流电转换为手机充电、大小型家用电器工作时所需的直流电。有的电器耗电量巨大，有的则很小，有的甚至根本不耗电。在一般情况下，恒定功率的电流供应相对来说较为简单高效。然而，对于变化功率的电流，其供应则较为困难。技术术语称之为 “负载变化”。
这也是工程师在设计和制造电源时面临的一大挑战。这有点像解难题，在大多数情况下，我们需要进行选择，究竟是那个特别适用于提供少量电力的解决方案，还是那个极为适合提供大量电力的解决方案。然而当电路进入低效的工作模式时，怎样才能使电路状态保持良好，而不是普通状态，这是工程师面临的真正挑战。
基于洞见做决策
大多工程师在设计电子器件的时候，都希望可以获取更多关于使用情境的信息。在为工厂制造机器人的驱动电源时，工程师希望了解其具体的使用频率和使用时间。比如，机器人在拾捡物体时，用电量很大，而在放下物体后，耗电量就很小了。与缓慢移动的机器臂相比，持续快速动作的机器臂的用电量更大。
不过机器人是一种通用的工具，可完成多样化的任务。机器人在搬运重型汽车部件时所耗费的电量与制造办公家具时不同。
假如这些用电设备可以通过互相通信来协调和优化能耗，岂不完美？
工业4.0：通过机器与机器通信提高功率效率
这就是工业 4.0这样的项目一展身手之地。尽管工业4.0的定义非常宽泛，但人们通常将它理解为对下一个工业革命时代的定义。这是一个互联互通的时代，机器人、其他制造设备和操作人员相互通信，提高工厂的生产效率。
提高效率的关键领域之一就在于减少功耗。假设机器能够互相协调，那么它们就能实现平稳用电，减少电量需求突变的次数。这样一来，我们就能如上文所述，提高用电效率。
显然，这并非总是有效。如机器在拾起传送带上的物料并进行装箱时，就需要满足一定的时间要求。如果这些机器能够互相通信，那么它们就能够找到一个更加高效的操作顺序，并实现平稳用电。
英飞凌为节能所做的贡献
英飞凌为供电设备提供大部分的电子器件。直至目前，这些组件绝大多数都采用基于纯硅的基片制成，这就是硅芯片所采用的原材料。不过，随着材料科学的进步，人们发现了特别适用于电子器件的替代材料。碳化硅，也称SiC，就是其中颇受重视的材料之一。
SiC在电子领域应用已久，但直到最近十年，它才被用于电力电子产品。SiC具有高电流密度的优势，是电源高电压和电流的理想之选。
在这样一个细节决定成败的行业，英飞凌CoolSiCTM 肖特基二极管能帮助工程师将电源效率提高一个或两个百分点。尽管看似不多，但这对于一个效率普遍达到90%以上的行业而言，具有重要意义。
提高效率意味着减少能源浪费，避免它们转化为废热，也就可以减少散热所需的资源（通常是铜冷组件和风扇），能够促进设计更加轻便精巧。
总而言之，将这类高效组件与能够互相对话的 工业 4.0 机器结合在一起就能显著提高电源效率，减少浪费。同时，通过获取供应负载变化的信息和周围设备负载变化的信息，它们就能以最适当、最高效的模式做出反应和操作。
结语
我们希望，未来工厂能够尽可能高效地利用有限的资源。感谢科学家的共同努力，我们现在能够更加深入地了解相关材料的优异性能。同时，在出色的工程师的支持下，我们才得以将这些材料和洞见转变为节能解决方案和组件，最终实现这一目的。
更新于：2018 年5月
