【導讀】為了讓智能家居係統能夠感知周圍環境

，通常需要在房屋各處布置傳感器。傳統的傳感器主要用於檢測光線、溫wen度du和he運yun動dong，而er更geng現xian代dai的de傳chuan感gan器qi則ze具ju備bei圖tu像xiang識shi別bie和he其qi他ta高gao度du智zhi能neng化hua的de識shi別bie能neng力li。此ci類lei傳chuan感gan器qi不bu僅jin可ke以yi檢jian測ce某mou個ge房fang間jian裏li有you多duo少shao人ren，還hai能neng分fen辨bian出chu是shi友you好hao的de貓mao咪mi走zou到dao門men口kou，還hai是shi竊qie賊zei正zheng在zai窗chuang外wai窺kui視shi，伺si機ji盜dao取qu財cai物wu。

摘要

智能家居應用涉及許多技術構建模塊。其中一些模塊部署在沒有任何電纜連接的地方
，需采用電池供電，比如一些傳感器、開關、電表和便攜式遙控器。此類器件通常由電池供電。為了構建便捷、小巧、可靠且低成本的係統
，電源管理是關鍵。

簡介

得益於nanopower領域的創新，現可使用單節或多節堿性電池或鋰離子(Li-Ion)電池為此類器件供電。

本文介紹了具體用例，並展示了兩個采用ADI公司新款MAX77837和MAX18000nanopower開關轉換器的電路示例。

夢想成真

“便利”shigenzhiyurenleibenxingzhongdeyuanwang。womenxinqingongzuozhengqian
，weidejiushinengrangshenghuogengjiaqingsongbianjie。zhinengjiajujishuzhengzaituidongjiatingzidonghualingyuqudexianzhujinzhan。womenqiwangjiatinghuanjingnenggenghaodifuwuyuwomen
，rangwomenshenghuodegengjiafangsong
、舒適
、安全
，同時也更加環保。

多年前，就出現了暖通空調
、安全警報、草(cao)坪(ping)噴(pen)淋(lin)和(he)家(jia)庭(ting)娛(yu)樂(le)等(deng)傳(chuan)統(tong)家(jia)居(ju)係(xi)統(tong)。然(ran)而(er)，隻(zhi)有(you)基(ji)於(yu)網(wang)絡(luo)的(de)互(hu)聯(lian)控(kong)製(zhi)，才(cai)能(neng)真(zhen)正(zheng)提(ti)高(gao)便(bian)利(li)性(xing)。過(guo)去(qu)，每(mei)到(dao)夏(xia)令(ling)時(shi)要(yao)調(tiao)整(zheng)噴(pen)淋(lin)係(xi)統(tong)
，可(ke)能(neng)還(hai)得(de)翻(fan)箱(xiang)倒(dao)櫃(gui)地(di)找(zhao)說(shuo)明(ming)書(shu)。現(xian)在(zai)
，用(yong)手(shou)機(ji)上(shang)的(de)一(yi)個(ge)應(ying)用(yong)就(jiu)能(neng)輕(qing)鬆(song)管(guan)理(li)一(yi)切(qie)，而(er)且(qie)還(hai)能(neng)自(zi)動(dong)完(wan)成(cheng)很(hen)多(duo)基(ji)本(ben)設(she)置(zhi)。

構建智能家居應用

為了讓智能家居係統能夠感知周圍環境，通常需要在房屋各處布置傳感器。傳統的傳感器主要用於檢測光線、溫wen度du和he運yun動dong，而er更geng現xian代dai的de傳chuan感gan器qi則ze具ju備bei圖tu像xiang識shi別bie和he其qi他ta高gao度du智zhi能neng化hua的de識shi別bie能neng力li。此ci類lei傳chuan感gan器qi不bu僅jin可ke以yi檢jian測ce某mou個ge房fang間jian裏li有you多duo少shao人ren，還hai能neng分fen辨bian出chu是shi友you好hao的de貓mao咪mi走zou到dao門men口kou
，還hai是shi竊qie賊zei正zheng在zai窗chuang外wai窺kui視shi，伺si機ji盜dao取qu財cai物wu。

為wei了le節jie省sheng成cheng本ben並bing提ti高gao靈ling活huo性xing，此ci類lei傳chuan感gan器qi應ying能neng夠gou無wu線xian運yun行xing。這zhe樣yang，傳chuan感gan器qi就jiu能neng輕qing鬆song部bu署shu在zai現xian有you住zhu宅zhai中zhong

，並bing充chong分fen利li用yong合he適shi的de安an裝zhuang位wei置zhi。如ru今jin，得de益yi於yuWi-Fi或藍牙®等(deng)無(wu)線(xian)通(tong)信(xin)，數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)已(yi)不(bu)再(zai)是(shi)一(yi)個(ge)難(nan)題(ti)。然(ran)而(er)

，所(suo)有(you)傳(chuan)感(gan)器(qi)都(dou)需(xu)要(yao)電(dian)力(li)。對(dui)於(yu)大(da)多(duo)數(shu)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，電(dian)力(li)供(gong)應(ying)仍(reng)然(ran)是(shi)一(yi)個(ge)挑(tiao)戰(zhan)。雖(sui)然(ran)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)常(chang)見(jian)的(de)光(guang)伏(fu)電(dian)池(chi)收(shou)集(ji)能(neng)量(liang)，但(dan)普(pu)通(tong)電(dian)池(chi)仍(reng)然(ran)是(shi)首(shou)選(xuan)的(de)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)。智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)係(xi)統(tong)最(zui)大(da)的(de)問(wen)題(ti)是(shi)電(dian)池(chi)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)。為(wei)了(le)讓(rang)簡(jian)易(yi)電(dian)池(chi)切(qie)實(shi)可(ke)用(yong)
，並(bing)提(ti)高(gao)光(guang)伏(fu)電(dian)池(chi)的(de)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)，傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)高(gao)效(xiao)的(de)電(dian)源(yuan)。對(dui)於(yu)任(ren)何(he)智(zhi)能(neng)家(jia)居(ju)係(xi)統(tong)，待(dai)機(ji)電(dian)流(liu)和(he)滿(man)負(fu)荷(he)運(yun)行(xing)效(xiao)率(lv)都(dou)是(shi)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)設(she)計(ji)因(yin)素(su)。

采用單節電芯升壓轉換器的高效電源

為分布式傳感器供電的一種簡單辦法是使用原電池，這是一次性
、不可充電的電池。這種電池在電路成本、硬件組成和擁有成本（包括更換或充電的成本和耗費的經曆）之間取得了良好的平衡。通常

，全新原電池提供1.5 V的電壓。放完電後，電池電壓降至0.8 V以下。不同類型的化學電池在放電過程中會產生不同的電壓曲線。但一般來說，一旦電壓低於0.8 V，電池就很難再放電，無法繼續使用。

許多電子電路的工作電壓高於0.8 V。weishidianyuandianyayugongzuodianyagenghaodipipei
，keyichuanlianshiyongduojiedianchi。raner，yudanjiedianxinxiangbi，duojiedianxindechengbengenggao，erqiexuyaogengduokongjian。yinci
，shimianshangyoufeichanggaoxiaodeshengyatiaojieqi，keyijiang0.8 V至1.5 V的典型原電芯電壓提升到智能家居應用所需的電壓，例如3.3 V甚至5 V。圖1為采用MAX18000的小型升壓轉換器電路。

圖1.一種簡單但高效的單節電芯升壓轉換器

此電路很緊湊
，僅需少量外部元件。DC-DC轉換器IC本身采用1.07 mm × 1.57 mm封裝。升壓轉換器內置兩個3.6 A開關。輸出電壓啟動並運行後，靜態電流僅為512 nA。峰值效率為95%
，低負載效率（負載電流高於20 µA）仍然高於90%。輸入工作電壓範圍為0.5 V至5.5 V，因此能將非常低的電池電壓（如0.8 V）提升至有用的更高係統電壓。

采用降壓-升壓轉換器的高效電源

有you些xie傳chuan感gan器qi應ying用yong采cai用yong多duo節jie電dian池chi或huo一yi節jie鋰li離li子zi電dian池chi運yun行xing。這zhe種zhong情qing況kuang下xia，所suo需xu的de電dian壓ya比bi上shang麵mian的de例li子zi要yao略lve高gao。滿man電dian狀zhuang態tai的de鋰li離li子zi電dian池chi的de典dian型xing電dian壓ya值zhi約yue為wei3.7 V。電池放電時，電壓最低值約為2.8 V，低於此值就意味著電池電量基本耗盡。對於該電壓範圍（即2.8 V至3.7 V），為了運行典型傳感器電路的常見電子元器件，需要借助降壓-升壓解決方案來產生標稱3.3 V電壓。這就是為什麼隨著鋰離子電池的興起，降壓-升壓轉換器越來越受到重視。

串聯使用三節1.5 V原電池時也有類似的需求。它們在滿電狀態時總共提供4.5 V電壓
，但在電量幾乎耗盡時，這些電池僅提供大約2.4 V電壓。要為傳感器產生固定的3.3 V電壓，同樣需要降壓-升壓解決方案。

圖2為采用MAX77837的降壓-升壓解決方案。該解決方案隻需要少量外部元件
，因此所需的印刷電路板麵積非常小。此外
，芯片本身的封裝尺寸也非常小，僅為1.84 mm × 1.03 mm。傳感器製造商如果希望使用間距（引腳之間的距離）更大的封裝，可以選用2.5 mm × 2 mm QFN封裝。為盡可能延長電池的使用壽命，該解決方案僅需要典型值430 nA的靜態電流。關斷時，電源轉換IC僅消耗10 nA電流。這對於主電池旁邊有儲能電容的應用可能很有用。DC-DCzhuanhuanqikeyichuyuguanduanmoshiyiduanshijian，ranhouzhongxinqidongbingzaiciduidianrongchongdian。changqilaikan，zhezhongfangankeyijieshenggengduodianliang，bingyanchangdianchideyunxingshijian。

圖2.超高效降壓-升壓轉換器，用於產生高於或低於輸入電壓的電壓

利用電路仿真簡化設計

設she計ji電dian池chi供gong電dian的de傳chuan感gan器qi時shi，必bi須xu解jie決jue一yi些xie有you關guan電dian源yuan電dian路lu的de能neng力li和he局ju限xian性xing的de基ji本ben問wen題ti。在zai此ci階jie段duan進jin行xing電dian路lu計ji算suan和he仿fang真zhen很hen有you意yi義yi，不bu僅jin可ke以yi節jie省sheng時shi間jian，還hai可ke以yi降jiang低di使shi用yong不bu合he適shi的de集ji成cheng電dian路lu開kai始shi硬ying件jian設she計ji的de風feng險xian。為wei幫bang助zhu用yong戶hu快kuai速su上shang手shou設she計ji
，ADI提供免費的EE-Sim®電源工具。使用此工具時，用戶隻需鍵入輸入電壓
、輸出電壓和電流要求，工具即可立即計算出合適的電路。圖3為EE-Sim® Power中的一個電路仿真結果示例。

在此電路計算的基礎上，工具可以根據實際的外部元器件進行電路仿真，給出不同電壓和電流的波形。工具還能執行負載階躍
、交流環路、線路瞬態和效率等高級仿真任務。

圖3.使用EE-Sim®電源工具設計和仿真電路

入門硬件

理論和仿真很重要
，但實際硬件可能有很大不同。除了適用於單個電源轉換器的評估板外，ADI還提供完整、實用的傳感器係統
，以便評估。其中包括煙霧探測係統，這是經過多標準微功率驗證的煙霧探測係統模塊。其中展示了MAX77837和ADP162如何為一個完整煙霧探測器供電。該煙霧探測器由三個器件組成，包括用於煙霧探測的集成光學模塊ADPD188BI；帶有煙霧火災探測算法的MAX32660；以及數字溫度傳感器MAX31875。點擊此處可下載所有相關設計文件，以便開發者輕鬆打造具備nanopower特性的高品質智能家居傳感器。這款經過全麵優化和驗證的傳感器硬件包含必要的軟件
，展示了電源管理電路的功能。

圖4.經過多標準微功率驗證的煙霧探測係統化模塊

結論

電源管理對於實現智能家居至關重要。它能確保高效的電源轉換
，從而延長小型、低(di)成(cheng)本(ben)電(dian)池(chi)的(de)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)。目(mu)前(qian)，市(shi)麵(mian)上(shang)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)具(ju)備(bei)許(xu)多(duo)特(te)性(xing)，例(li)如(ru)穩(wen)健(jian)的(de)連(lian)接(jie)。為(wei)了(le)讓(rang)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)或(huo)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)供(gong)電(dian)的(de)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)切(qie)實(shi)應(ying)用(yong)於(yu)各(ge)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)，降(jiang)壓(ya)、升壓和降壓-升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi的de靜jing態tai電dian流liu必bi須xu非fei常chang低di。半ban導dao體ti工gong藝yi和he集ji成cheng電dian路lu設she計ji的de創chuang新xin成cheng果guo有you助zhu於yu滿man足zu這zhe一yi要yao求qiu。而er這zhe僅jin僅jin是shi開kai始shi，未wei來lai隨sui著zhe電dian源yuan管guan理li技ji術shu的de進jin步bu，互hu聯lian家jia居ju領ling域yu將jiang迎ying來lai眾zhong多duo創chuang新xin
，催cui生sheng更geng加jia智zhi能neng的de傳chuan感gan器qi。

（來源：ADI公司，作者：Frederik Dostal，電源管理專家）

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