结导式无介质数字电源管理及控制技术汇报方案 发言人:唐曙明
跨越心障,寻找价值同频者!
致今日头条的所有粉丝:
我是中国最疯狂的天使投资人,唐曙明!
首先我想说明的是:
这是一个什么样的技术?
对标的谁?
有什么价值?
我们的技术名称是:“结导式无介质数字电源管理及控制技术”。
他是一项电力控制技术的基础发明专利,发明专利号:201310502431.3,它是一种电源变压器制造技术。它实现了电电非介质直接转换、它实现了直流电可以高低压不受限制的任意转换、同时它不受功率高低的限制。
对标的是19世纪最伟大的科学家之一“尼古拉.特斯拉”发明的“磁变压”基础技术发明。
他的优点是本源性解决了磁变压原理下传统变压器的痛点:
1、成本极限痛点:大量铜线和辅助元器件造成成本天花板式居高不下,特别是led灯电源,电源与灯珠的使用寿命不匹配的痛点;
2、直流不能任意直接变压的痛点:直流电100项优点被不能变压一个痛点打败,
3、体积极限痛点:由于磁变压线圈的存在,变压器的工业设计与制造的产品体积收到限制,同时在很多精密制造领域使用收到限制;
4、天生媒介副作用痛点:由于没有磁媒介的存在,也就没有传统磁变压原理下的媒介副作用,改变了现有变压器产品的工业标准,电源的应用范围极大扩大了应用范围。
5、天生的效率短板:由于需要电磁转换,同时直流电无法直接升降压,而我们现实中使用电器99%使用的是直流,多级交直流转换与逆变,造成大量的能源浪费,目前的电能使用模式是最为奢侈的能源使用模式。
事实证明,无磁变压一定是未来方向!我们只是比别人先到一步而已!
我们的项目处于一个什么样的阶段?
我们的产业化应用产品?
2015年技术专利下来以后,我们一直致力产业化应用研究,在诸多应用领域,我选择了一个电力工况要求最复杂、痛点最突出、我的资金又能够完成的领域进行产品化研究,他就是LED电源变压器,传统LED电源的成本和寿命是行业的痛点,也是阻碍LED普及和发展最大障碍,我们的led电源变压器具有如下优点:
1、效率达到93%;
2、体积只有传统的三分之一;
3、没有电解电容和线圈老化寿命达到10万小时;
4、制造成本只有原来的四分一;
5、无散热的情况下,点亮后2小时温度稳定在63°左右。
产品比较
LED电源变压器已经具备产业化条件,
然而我们意识到在没有完成完整的产业布局和缺乏资本支撑下,对于这项技术将是一个“灾难”,对于原创科技匮乏的中国制造来说将会一个灾难!面对诸多产业投资者的不理解,我们深表遗憾和歉意!
这是一个国家科技跨入未来的门票式技术!期待更有实力和更有战略思维的价值同频者加入!不让这个技术毁在我们的手上,也算是不负韶华!
我是唐曙明,今借用龙鲤考试的今日头条号发布内容,接下来一段时间,我会持续更新请大家为中国式创点赞!
目 录
一、 技术简述:
1、 技术简述
2、 技术应用领域及价值
二、 本技术研发背景及意义:
1、 本技术研发的社会背景
2、 本技术研发的技术背景
3、 本技术研发的产业背景
4、 本技术研发的社会和经济意义
三、 项目团队及历程:
1、 项目团队
2、 项目历程
四、 项目技术说明:
1、 技术基本原理说明
2、 技术创新点
3、 产业应用价值
五、 技术应用成果:节导式无介质数字化LED电源变压器
一、技术简述
结导式无介质数字电源管理及控制技术
它是一种电源变压器制造技术。它实现了电电非介质直接转换、它实现了直流电可以高低压不受限制的任意转换、同时它不受功率高低的限制,相对于“传统磁变压器”来说,他脱离了180年来人类一直沿用的“磁变压”基础原理,另辟蹊径地实现了无磁无介质数字变压技术,打开了人类深度开发和应用电能的未来大门。
原理比较
这是一个有关于电的基础性发明专利,涉及到基础理论、材料、制造工艺、电子、结构等多领域交叉科学的颠覆性研究突破。
1、专利应用领域:技术适用于所有电源终端控制领域。
n 消费电子领域:手机、PC机、平板电脑、数码照相机、摄像机、笔记本电脑等等。
n 专业仪器:商用服务器、云计算机、超级计算机、电焊机、UPS等等。
n 家用电器:电磁炉、电冰箱、电视机、空调、微波炉、热水器等等。
n 通讯设备:路由器、交换机、通信基站等等。
n 照明及视频显示:LED路灯、LED照明装饰灯、液晶显示器、液晶广告牌。
n 精密仪器:光谱仪、分光光度计、显微成像系统、医疗用电仪器等等。
n 交通运输:高铁、动车、充电桩、电动车等等。
n 电力系统:电力变压器、换流站、工业变压器等等。
n 军工及航空航天领域:飞机电子系统变压器、航天器变压器部件、航空母舰电器变压器、激光武器变压器、雷达变压器等等(抗电磁干扰抗电磁脉冲炸弹)。
2、应用价值:高效节能、小体积、环保、高性价比、超长寿命、高安全度。
由于这种基础技术的底层逻辑优势,这种“节导式无介质数字电源变压器”相对传统的以磁变压为代表的介质式变压技术具有颠覆性的、跨维度优势,他将引领电源技术实现数字化、智能化、芯片模块化、微型高功率密度化,同时带来六大优势产业价值:
一、高效节能价值:
无磁、铜线损耗等,相较传统节约10%能耗,至少实现>90%转换率,全面广泛应用后,全国至少节约1座核发电站每年发电总量。
二、环保价值:
节省大量的铜、铁等资源,同时整个生产过程变成电子产品生产线,大大降低降低生产过程的环境污染。
三、体积小:
高度集成后,同等功率下,体积是传统的1/4~1/6,为电器产品工业设计节省元器件空间,让产品可以更加的轻薄化、微型化,特别是高铁、充电桩、激光武器系统、超级电焊箱等;同时直流电可以无限制升降压后,输变电网络完成可以采用直流电网络,大大节省空中传输网络空间,让天空不再布满蜘蛛网式电网成为可以想象的现实。
四、长寿命:
由于减少发热和其他影响寿命元器件的减少,使得节导式无介质数字电源变压器的使用时间是传统的3倍以上。特别体现在LED灯的应用上,由于节能和电解电容的减去,电源寿命超过8万小时以上,在精密电器使用上优势明显.
五、高性价比:
由于线圈等元器件的减去,同时电子产品属性带来规模化自动化生产优势,形成低成本、高性能、高稳定性的高性价比优势,同时随着芯片化生产,性价比会进一步提高。
六、高安全性:
真空隔离,对人体绝对安全,杜绝传统电源发生爆炸等现象,同时在军工方面,由于无电磁污染(无EMC、EMI),可防电磁炸弹,电磁干扰和防雷达等。
二、技术研发背景及意义
一、技术研发的社会背景:
1、近两百年的民族抗争、三十年改革开放的锐意进取,中国已经成长为世界第二大经济体,对电力基础科技投入和研究是责任更是最为实在的社会需求:
该项目突破立足的是13亿人口对于电力能源的巨大消耗需求,在绝对消耗数量上中国是第一,而人均能耗排63,能源需求空间还很大,如何搭建更加环保节能的电能网络和电能基础技术突破,对于中国尤其重要,技术环节节约1%就是一个核电站的当量。
2013~2017年主要国家的电力生产量(单位:TWh)
全球人均能源消费和电力消费
2、重视中国传统文化和交叉科学的创新突破是中国弯道超车和民族复兴必须齐头并进的两条重要途径:
屠呦呦发现青蒿素
杂交水稻之父袁隆平
3、中华民族的伟大复兴,是当下的全民中国梦:
构筑梦想与长城不只是庞大人口的货币财富当量,更加是在主宰人类未来命运的科学技术方面的探索、创新、突破与掌握,这是这是使命更是责任!
中华民族的伟大复兴,从攸关人类共同命运的颠覆性基础科学突破开始!
二、技术研发的技术背景:磁变压技术是当前电力变压技术的基础与“天花板”。
1、爱迪生&特斯拉之争证明“电源控制技术”之于电能应用有多重要:
特斯拉交流电及磁变压器的胜利带来200年电气文明的辉煌,同时这种磁变压技术天花板式的缺陷在电力应用深度发展的今天越来越凸显,特别是LED灯的诞生和高精度电器应用领域。
特斯拉爱迪生之争没有输家,只有赢家!
2、技术性解决电能的“货币等价能源”地位问题,将解决整个人类的能源危机:
整个地球,人类生活的整个环境本身就是一个巨大的能源场,在某种程度上,人类本身是不缺能源的,所谓的能源危机只是人类技术能力局限,”面对大海,我还缺水吗?”缺的只是改造和应用自然的能力,由于整个电网都是建立在交流电的基础上的,风力发电、太阳能发电等所有能源转换为电能在并网的时候都会直面交流电缺陷。如果数字化电源时代来临,货币式能源技术解决,我们还会缺电吗?
电能控制与管理技术和电能储存技术是解决电能的“货币等价能源”地位的关键因素
3、半导体技术的发展为节导式无介质数字变压技术奠定了基础:
半导体技术发展,特别是芯片技术的发展,是电子时代工艺技术的伟大突破,为数字电源技术提供了可能,“节导式无介质数字电源控制与管理技术”就是在半导体芯片技术的基础上发展和交叉研究的结果。
能源数字化是已经可以预期的未来!
三、技术研发的产业背景
1、LED产业发展对电源变压的基础科学发出最为直接需求:
LED技术获得诺贝尔奖足见这项技术对于人类照明领域的巨大贡献,然而由于LED特殊的电气工况需求,目前的磁变压技术存在本源性技术瓶颈,只在时间上就无法匹配LED灯的需求,1万小时如何匹配10万小时的寿命配置呢?
2、电气化时代发展至“深水区”,电力产业下游的各行应用产业对电力的控制与管理技术提出更加精确、更加节能、更加智能、更加数字化的产业需求,而且这种需求越来越急迫和高价值:
人工心脏
5G基站
3、直流电升降压的难题不能解决,导致整个国家电网和主流电源模式以交流电为主,而大多数电器终端都是以直流为主,直接影响电力应用的深度发展:
为了享受直流传输的优势要建造很多大型换流站!
交流电网(交流电网因为频率问题直接影响支流电站并网问题,特别是国家大力提倡的太阳能小型电站并网问题,
四、技术社会和经济意义:
——推动电能成为“货币数字能源”,解除人类能源危机-达摩克里斯之剑,极大释放人类利用能源的能力。
——电能应用和研究将揭开世界的秘密,只要掌握了电能的基础控制与管理技术才能掌控未来,中国之于西方,从200年来的技术“小迷弟”,将引领未来。
——对于中国当下的产业转型与升级起到积极作用。
——缓解中国当前巨大的电能需求危机。
——为中国制造注入中国原创的“动力心”,增强中国制造的竞争力。
——为中国经济注入新的科技动力,最大的电力消耗市场在中国,最强电力制造也在中国。
——推动LED的普及与应用。
三、项目团队及历程
四、项目技术说明
一、技术基本原理说明
█ 节导式无介质电电数字直接转换变压的基本原理
“节导式无介质数字电源变压器”利用“集电结”阵列对电压进行重新分配,降压过程是将前端输入的高电压电能进行重新分配,再将电能一份一份地输出;升压过程则是将低电压的电能进行整合,一次性输出。在整个转换过程中,直接将输入电能转换为所需电压的电能,不涉及到其它形式的能量转换。
原理图
█ 安全隔离原理
“节导式无介质数字电源变压器”在整个电能传输过程中,输出回路与输入回路之间始终保持一段“真空”距离,保证了整个变压器设备的输出回路与输入回路之间的安全隔离。该安全隔离技术称为“真空”隔离。
真空隔离原理图
二、技术创新点
█ 实现无介质电压变换,消除媒介的副作用
目前,以“磁能”为媒介的线性变压器和开关变压器占据了绝大部分市场,在各应用领域处于霸主地位。它们的电压转换过程实质是“电能磁能电能”的能量转换,由感应线圈和磁心组成的器件在能量转换过程中起主要作用。在线性变压器中感应线圈和磁心是主要的工作部件,占了绝大部分的体积和重量。而在开关变压器中,通过提高开关频率大大减小了感应线圈和磁心的体积,并大大提高功率密度,但它们仍是制约着这两类变压器无法“轻薄化”的关键因素。这两者除了对变压器的重量与体积的影响外,还会造成一定的漏磁、铜损和涡损(在线性变压器中这三者是主要损耗),直接影响变压器的转换效率。而开关变压器工作时,开关频率的提高也增加了开关器件的开关损耗和涡损,限制了转换效率的进一步提高。
另一重要的方面是磁的引入直接导致了严重的电磁兼容性(EMC)问题。虽然对于工作在工频电路中的线性变压器,电磁兼容性问题很小,但作为工作于开关状态的开关变压器,它的电压和电流变化率很高,产生的干扰强度较大,同时也容易受到外界的电磁干扰,抗干扰能力较差。因此要满足如通信、精密仪器等特殊场景下应用要求,这对开关变压器的设计和生产工艺提出了极高的要求。
对于以“机械能”为媒介的压电陶瓷变压器,目前只在小功率高电压的场景运用。它的电压转换过程是“电能机械能电能”的能量转换,其核心部件是压电陶瓷,中间也无磁场的产生,可以做到很轻薄,基本无EMC问题,在低功率下可实现高达97%的转换效率。然而,该类变压器易实现升压难以降压,难以实现大功率,同时对生产工艺要求非常高。所以它的出现也无法撼动电磁变压器的霸主地位,但为变压器的发展提了新的思路。
既然中间能量的引入会导致各种副作用,何不否舍弃掉中间介质能量,直接从电能到电能实现电压转换?“节导式无介质数字电源变压器”就是这种思路为先导,直接完成“电能电能” 转换过程。即没有电磁变压器所必须的且无法扁平化的感应线圈和磁心组合部件,也没有压电陶瓷变压器的压电陶瓷部件,从根本上杜绝电磁变压器的EMC、漏磁、铜损和涡损等问题,提高转换效率,实现变压器的轻薄化,并进一步降低成本。
█ 实现直流电电压转换的新方式
根据电磁感应理论,只有变化的磁场才会产生电动势,所以正(余)弦交流电可以很容易实现变压,这也是为什么直到现在“交流电”仍是电力远距离传输的主要形式。当输电距离超过800-1000公里时,直流输电更具有优势,直流电难以变压是限制直流输电系统应用的决定性因素。然而在大多数电能应用场景中,直流电是主流的电能利用形式。虽然开关变压器本质是也是对直流电进行变压,可以应用于绝大部分场景,但由于前述存在的各种问题难以实现超大功率和超高电压。因此,迫切需要性能更好和使用场景更广泛的变压器产品来弥补现阶段产品的不足,甚至完全替代现阶段变压器产品。
“节导式无介质数字电源变压器”的出现也正好顺应了以上电能利用的迫切需求。它在电压转换过程中无磁场的参与,不受电磁感应理论的约束,无论是直流电还是交流电都可以进行变压,无论是小功能低电压场景还是高功率高电压场景都可适用。
█ 实现了新的电气隔离技术
为了保证后续用电设备和操作人员的安全,变压器设备需要的电气安全隔离。电磁感应变压器以磁场来进行耦合并进行能量传输,利用初级线圈与次级线圈之间的物理隔离来达到电气安全隔离。压电陶瓷变压器则是以压电陶瓷本身的绝缘特性将输出回路与出入回路进行隔离。
“节导式无介质数字电源变压器”没有中间媒介来进行能量传递,因此也没有中间实物介质将输出回路与输入回路进行隔离。为了配合无磁结导变压器的工作特性,“真空隔离”技术被一同开发出来,保证它的电气安全隔离。
三、产业应用价值:
█ 引领电源技术四大趋势:
一、数字化:电能数字化属性是电能成为通用“货币能源的基础”,基于180年前的磁变压理论发展至今的电源控制与管理技术阻碍了电能数字化应用的深度发展,我们的“结导式无介质数字电源管理及控制技术”直接完成了电能的数字化管理应用。特别是信息化和精密化制造领域。
二、智能化:能源信息化的直接结果就是智能化,人类可以更加优化电能应用。
三、芯片模块化:“结导式无介质数字电源管理及控制技术”深度发展,电源变压器可以实现芯片化,推动电力更加广泛应用。
四、微型化:“结导式无介质数字电源管理及控制技术”去掉了传统磁变压的线圈和辅助电容器件后可以实现微型化,优化应用环境。
█ 产业应用域案例分析:
1、LED照明驱动电源:(已经完成对标模型产品)
LED灯的发光效率很高,使用寿命很长,而现有的驱动电源(常为开关变压器电源)的寿命远低于灯珠的寿命,两者严重不配套;又由于LED灯的负温度系数(NTC)特性,要求驱动电源具有稳压衡流的功能,这就需要现有电源配以更多的稳压衡流电路。
而以“节导式无介质数字电源变压器”来驱动LED灯,无需特定的稳压衡流电路,驱动电源直接锁定灯的功率,只输出特定的功率。在使用寿命上,无磁结导变压器电源的寿命可达50000-100000小时,可以与LED灯的寿命完美匹配。
led获得诺贝尔奖,磁变压技术无法跟上led灯珠的寿命
2、平板显示设备驱动电源:
现在平板显示器的使用越来越多,各种智能显示设备使用越来越频繁,对轻薄化和节能是该类设备的核心需求。现阶段所用的驱动电源主要以开并变压器为主,虽然在效率和体积上在不断进步,但是驱动电源的体积特别是厚度相对于显示屏(如液晶电视屏)来说仍然很大,特别对于大面积显示屏,这是制约平板显示类设备难以进一步轻薄化的核心因素,为此很多厂商将电源独立出来以达到产品更轻薄的目的。另一方面对于大面积显示设备(如影院荧幕、户外广告屏),设备的温升和散热也是一个大问题,需要大量的散热风扇来防止设备的工作温度过高。
而“节导式无介质数字电源变压器”可以完美解决以上两个问题,它本身去掉了电磁变压器中线圈和磁芯,实现电源本身的轻薄化,做到显示设备的轻薄一体化。同时电源的效率很高,解决设备的温升和散热问题,也从很大程度上减小大面积显示设备的生产安装难度。
平板显示设备驱动电源
3、计算机电源:
供电质量的好坏直接决定着计算机能否长期稳定地工作。常规的台式机电源需要不同电压多路输出,低电压大电流输出,除了功率的基本要求外,还要求输出纯净的直流电,纹波电压越小越好,散热性能好;而商用计算机还需要电源具有高稳定性不间断地长期工作,所以通常备有多路电源;超级计算机的要求就更高,除了以上要求,还会综合考虑供电架构、能耗比和成本。现阶段主要的计算机电源为开关电源,由于开关电源存在的种种问题,使得计算机电源的体积都比较大,转换效率低,产生大量的热,因此还需要很大的散热风扇,对于超级计算机而言能耗比也大大折扣。
而“节导式无介质数字电源变压器”的转换效率很高,可大大减少电能损失,减少热量产生,从而减小散热风扇,甚至完全去掉散热风扇;很容易实现模块化,可实现小体积条件下电源的高度冗余,提高供电的稳定性;本身无EMC问题,将电磁干扰降到最低,给计算机提供更干净的直流电;对于超级计算机的成本可以大大降低。
计算机电源
4、高品质音箱功放电源
音箱功放对电源的要求必须是恒压的、内阻很小,余量很大,可以为后级提供足够功率,而且电源要纯净,干扰要很小。所以高品质功率的电源仍然采用线性电源,尽管它的体积和重量很大,效率低。只有对音质要求不高,小功率的功放会采用开关电源。开关电源虽然具有相对功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点,但是它有一个致命的弱点是音响功放设备所不能忍受的,那就是它会产生较强的电磁干扰。
而“节导式无介质数字电源变压器”本身就没有磁的介入,从根本上解决电磁干扰的问题,并可以实现小体积、大功率、过载能力强,在保证音质的同时,实现功放设备的小型化。
音箱电源
5、基本电器供电电源
各类变压器及其衍生的电源产品,在一切需要电压变换,交直流转换或恒流稳压的电子电器设备都需要用到它们。“节导式无介质数字电源变压器”将是它们的最佳改进和革新产品。
电源
五、技术应用成果:
节导式无介质数字化LED电源变压器
█ 技术应用成果:节导式无介质LED数字电源变压器
LED灯电源初步工业集成样板
特点:
1、效率达到93%;
2、体积只有传统的三分之一;
3、没有电解电容和线圈老化寿命达到10万小时;
4、制造成本只有原来的四分之一;
5、无散热片,点亮后2小时温度稳定在63°左右。
说明:“节导式无介质数字化LED电源变压器”工业集成样品已经完成,下一步需要完成的工作就是:一、小批量试产;二、完成企业独立标准制定(以传统变压器国际为参考,主要性能指标高于传统的企业标准).