
Microgate 的超凡使命需要精确的电力
Microgate 与 Vicor 为全世界最大的望远镜提供电力!Vicor 模块为 5400 个驱动器输送 10kW 电力,助力 Microgate 消除太空成像的畸变
全球电影行业每年因使用移动式柴油发电机而排放 70 万公吨二氧化碳。初创公司 ReVolt 利用高密度 Vicor 电源模块,为电影拍摄现场开发了一套几乎无声、零排放的电池供电系统。这套坚固耐用的系统成功克服了严峻的散热和电噪声难题,正迅速获得索尼、亚马逊和 HBO 等主要制片公司的青睐。
目前,围绕人工智能数据中心带来的排放及相关问题,各方讨论不绝于耳。在这些话题持续占据头条的同时,全球电影行业每年仅因使用移动式柴油发电机,便产生高达 70 万公吨的二氧化碳当量(CO2e)排放。
该行业每年的碳排放总量高达数百万吨二氧化碳,其中发电机的燃料消耗与运输环节约占片场总排放量的 45% 至 65%。
如今,大多数制片公司仍依赖噪声大、污染重的汽油和柴油发电机为片场供电。然而,随着电影制作越来越精细——占地面积不断扩张,各类专业电子设备日渐增多——能源需求以及不必要的二氧化碳排放量也随之水涨船高。
ReVolt 开发了一种更好的方式来为电影片场和制片厂外景地供电,提供清洁、可移动且随时可用的电力。利用 Vicor 的高密度电源模块技术,该公司的系统可为从摄像机、录音和灯光设备、特效装置和营地等一切设备充电——安静、高效,零二氧化碳排放。这家初创公司成立于 2020 年,已迅速获得亚马逊、索尼影视、华纳兄弟探索公司及其子公司 HBO 等制片公司的青睐。以下是其首席执行官(本人也是一位奥斯卡奖得主)J.D. Schwalm 接受 EPDT 采访的问答实录。
EPDT:请介绍一下 ReVolt 电源系统的核心架构,以及在实现高功率密度以提升机动性方面所需权衡取舍的关键因素。
JD:其核心架构其实很简单——由一个高容量电池组驱动电源转换级,并提供标准配电输出,供剧组或施工团队直接插入使用。这些接口与现有柴油发电机所用的连接器完全相同。转换级是必须发挥关键作用的部分,这正是我们选择围绕 Vicor 模块而非众多分立元件构建系统的原因。核心在于功率密度与系统余量之间的权衡。我们设计的不是在清洁机房里运行的机架,而是一个需要剧组在片场、摄影棚或升降平台上推拉到位的箱体,有时需要人力搬运到位。重量限制了便携性,我们希望以最小的体积、最轻的重量提供最大的可用功率。但提高密度会压缩散热裕量,并加剧电磁干扰(EMI),而这两项约束在我们的使用环境中尤为严苛。适合我们需求的最佳架构,是将电源转换集中于经过验证的高密度模块,从而将剩余空间留给电池和加固设计,以此化解这一矛盾。
EPDT:在移动外景环境中,转换效率、热管理和 EMI 方面面临的主要挑战是什么?
JD:在外景地,设备得不到固定安装场所理所当然具备的任何条件——没有干净的电源,没有机房,也没有保障的气流。设备暴露于户外的多尘高温环境中,有时直接暴晒在阳光下,旁边还有其他设备,且需频繁移动。在这种条件下,转换效率的意义加倍凸显。在固定安装的电池系统中,每一次转换都意味着续航时间会以散热形式流失。因此,效率和热管理不是两个独立问题,而是同一个问题的两个方面。散热管理的难度远超典型固定安装场景,因为我们无法保证受控的工作环境。电源系统的外壳必须在最恶劣条件下完成散热,而不能依赖恒温设施。EMI 是人们经常低估的一个问题。电影片场是 EMI 最敏感的环境之一,无线音频、摄像系统和灯光控制系统共处同一空间。会产生电噪声的电源设备会被直接扔出片场。因此,转换级必须同时做到高效、低热、低噪——三者兼顾,缺一不可。高密度模块化转换在这三个方面均有裨益:损耗被集中在一个特性明确、易于管理和屏蔽的部件中,而不是分散在多个分立开关元件上,让每个元件都成为噪声源。
EPDT:你们团队是边干边学,自己摸索,那么外部专业知识和合作在加快项目进展方面发挥了怎样的作用?
JD:这至关重要。我们来自电影制作行业,而非电力电子领域。我们深谙的是影片拍摄现场的痛点——片场的实际用电需求、柴油发电机的短板所在、后勤管理、噪声问题、剧组对可靠性的底线要求等。我们不可能从零起步,在电力电子工程能力上超过专注于电源转换的专业公司。因此,我们早期做出了一个深思熟虑的决策——在我们擅长的领域掌握主动权,即应用、部署、客户,在电源转换专业知识方面则寻求合作伙伴,而非试图从零自学。在电源方面,我们与 Vicor 合作,极大地缩短了我们的开发时间。我们没有耗费数年时间在电力电子领域艰难摸索,而是直接基于成熟的模块进行开发,并将精力聚焦于我们真正具备优势的领域——系统集成、封装设计和现场可靠性。对于一支由一线操作者主导的团队而言,清楚哪些该自己做、哪些该借力外部,是成功的关键所在。
EPDT:紧凑、高效的模块如何帮助你们优化尺寸、可扩展性和整体系统性能?
JD:转换级的功率密度是使整个单元实现便携的关键。这是核心优势。电力电子设备越小越轻,箱体内就能有更多空间用于电池储能,也越容易移动到所需位置。可扩展性是第二个优势。由于转换部分采用模块化设计,相同的构建模块可以应用于整个产品线——从较小的手推车尺寸的设备到大型平台——这样我们就不需要为每个产品重新设计电源路径。通过并联多个模块,我们无需每次从头进行全新设计就能扩展输出功率;随着产品线扩展,工程投入和成本随之降低。在性能方面,决定一台装置能否在实际使用中胜任的两项关键指标是续航时间和发热量,而两者相互关联。高转换效率既能延长续航,又能减少废热,这正是电源装置能够轻松完成超过 12 小时拍摄任务的关键。
图 1:ReVolt 移动电源单元示例。
EPDT:与 Vicor 的合作如何影响了你们对电源转换架构和系统设计的思路?
JD:这从根本上改变了我们的思维模式——从“设计一个电源”转变为“用经过验证的模块组合一套电源系统”。这是两种截然不同的方法论。我们不再试图自行设计转换级,而是利用现成的可靠模块,并将我们的设计精力集中于集成、热管理、封装和部署,这才是我们产品真正形成差异化的地方。Vicor 还为我们设立了更高的标杆,让我们得以大幅压缩产品外形尺寸,减小占地面积。正是这些模块的高功率密度,使一台真正便携、可现场部署的装置从愿景变为现实。这种模块化、分比式的电源路径设计思路,如今已成为我们整个产品线设计的核心理念。
EPDT:从系统层面来看,ReVolt 移动电源平台在效率、部署和易用性方面有哪些差异化优势?
JD:第一是效率,体现在按需供电上。ReVolt 装置仅输出实际所需的电量,空载时输出为零。柴油发电机组则无论负载高低都持续消耗燃油。一台仅以 20% 负载运行的柴油发电机,其油耗仍然接近满载时的大部分水平,并且整个过程中都在持续排放。ReVolt 的产品没有怠速消耗。第二是部署。我们的电源装置在尺寸和封装上经过专门设计,便于按需部署到片场或工地,我们从一开始就做好容量匹配。我们的免费在线功率计算器可让统筹或监管人员输入设备清单和运行时长,获得匹配的装置推荐方案,再安排发货。这样,客户既不会因容量不足而导致拍摄中断,也不会因过度配置而为用不上的容量付费。易用性是另一个关键考量。我们采用剧组已经熟悉的标准接口,还提供近乎静音的运行和零现场排放,这不仅对碳减排至关重要,对保证工作人员健康、减少邻居投诉和提高音轨的纯净度同样重要。每位客户还可以通过实时门户查看每个项目的供电量(kWh)、节省的柴油量和抵消的二氧化碳量。此外,还有一项柴油发电机从物理上无法实现的差异化优势——在垂直建筑工地,我们的装置能够回收升降机和电梯下降时产生的制动能量,将其回馈至电池组,而非通过制动电阻以热能形式白白耗散。每一次下降过程都变成了一次免费充电。最后,我们的移动应用和在线门户还支持远程监控和小幅电压调整。
EPDT:除硬件本身之外,Vicor 的工程专业知识和技术支持在开发和部署过程中发挥了多大价值?
JD:坦率地说,与产品本身同等重要。除模块之外,更重要的是应用工程支持——设计导入支持、参考设计,以及针对我们具体应用场景的转换和散热特性分析辅助。对于一支从制作行业起步、而非电气工程科班出身的团队而言,这种支持有效降低了设计风险,帮助我们保持了单凭自身能力无法实现的研发节奏。这就是‘买一个零件’和‘得到一个工程合作伙伴’之间的根本差别。
EPDT:ReVolt 正在为更广泛的电气化进程做出贡献。你们的技术如何支持临时和移动供电领域更可持续的能源利用?
JD:临时和移动供电是电气化进程中被忽视的关键支点。在一部电影的制作过程中,车辆和发电机消耗的燃油约占总碳足迹的 50%,而发电机这一部分过去从未被人正视。迄今为止,我们已在电影、电视和建筑领域累计部署了 2.25 兆瓦的清洁电池电力——这不是试点项目,而是一个正在运行的机组,在对空气和噪音污染最为敏感的用电点上直接替代了柴油。更深层的变革在于模式本身的转变。随着电网压力与监管要求同步攀升,问题已不再是“我们还能安全燃烧多少柴油”,而是“如何在需要的时候、以精确匹配的容量供电,并留存完整的审计记录”。这就是我们设计计算器和客户门户网站的初衷——前期精准匹配,此后对每一度电、每节省一加仑柴油、每抵消一磅二氧化碳进行计量和报告。在垂直建筑领域,能量回收技术回收了柴油以热量形式浪费的能量。纵观整个行业,电池供电正从少数选择变成行业默认方案,柴油反而退居备用——而高密度电源转换技术正是让这一切在现场变得切实可行的关键。
EPDT:除电影行业之外,还有哪些相邻市场可以从你们的技术中受益?
JD:建筑业是体量最大、增长最快的市场,尤其是垂直建筑领域——制动能量回收优势在此显而易见,监管压力也最为严峻:纽约市、洛杉矶和伦敦的低排放与禁止怠速区,欧盟第五阶段非道路移动机械排放法规,以及英国到 2035 年将 78% 的柴油动力工程机械淘汰出建筑工地的目标。采用移动电池供电是实现合规的必由之路。此外,同一平台同样适用于所有电网不可及、目前默认依赖柴油的场景:现场活动与音乐节、户外转播、灾难救援与应急供电、偏远地区电信和基础设施站点、农业生产以及电网受限地区的电动汽车充电。这些场景的共同点与电影行业如出一辙——在需要的地点、需要的时间,提供安静、清洁、可计量的电力,而无需燃料储罐。
本文最初由 Electronic Product Design and Test 发布。
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