【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
、wenduheyundong，ergengxiandaidechuanganqizejubeituxiangshibieheqitagaoduzhinenghuadeshibienengli。cileichuanganqibujinkeyijiancemougefangjianliyouduoshaoren
，hainengfenbianchushiyouhaodemaomizoudaomenkou
，haishiqiezeizhengzaichuangwaikuishi
，sijidaoqucaiwu。

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”是shi根gen植zhi於yu人ren類lei本ben性xing中zhong的de願yuan望wang。我wo們men辛xin勤qin工gong作zuo掙zheng錢qian
，為wei的de就jiu是shi能neng讓rang生sheng活huo更geng加jia輕qing鬆song便bian捷jie。智zhi能neng家jia居ju技ji術shu正zheng在zai推tui動dong家jia庭ting自zi動dong化hua領ling域yu取qu得de顯xian著zhu進jin展zhan。我wo們men期qi望wang家jia庭ting環huan境jing能neng更geng好hao地di服fu務wu於yu我wo們men
，讓rang我wo們men生sheng活huo得de更geng加jia放fang鬆song、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、wenduheyundong
，ergengxiandaidechuanganqizejubeituxiangshibieheqitagaoduzhinenghuadeshibienengli。cileichuanganqibujinkeyijiancemougefangjianliyouduoshaoren，hainengfenbianchushiyouhaodemaomizoudaomenkou
，haishiqiezeizhengzaichuangwaikuishi，sijidaoqucaiwu。

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(yu)Wi-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。為wei使shi電dian源yuan電dian壓ya與yu工gong作zuo電dian壓ya更geng好hao地di匹pi配pei，可ke以yi串chuan聯lian使shi用yong多duo節jie電dian池chi。然ran而er，與yu單dan節jie電dian芯xin相xiang比bi
，多duo節jie電dian芯xin的de成cheng本ben更geng高gao，而er且qie需xu要yao更geng多duo空kong間jian。因yin此ci，市shi麵mian上shang有you非fei常chang高gao效xiao的de升sheng壓ya調tiao節jie器qi，可ke以yi將jiang0.8 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-DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)可(ke)以(yi)處(chu)於(yu)關(guan)斷(duan)模(mo)式(shi)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)，然(ran)後(hou)重(zhong)新(xin)啟(qi)動(dong)並(bing)再(zai)次(ci)對(dui)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)。長(chang)期(qi)來(lai)看(kan)，這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)可(ke)以(yi)節(jie)省(sheng)更(geng)多(duo)電(dian)量(liang)，並(bing)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)。

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

shejidianchigongdiandechuanganqishi，bixujiejueyixieyouguandianyuandianludenenglihejuxianxingdejibenwenti。zaicijieduanjinxingdianlujisuanhefangzhenhenyouyiyi
，bujinkeyijieshengshijian，haikeyijiangdishiyongbuheshidejichengdianlukaishiyingjianshejidefengxian。weibangzhuyonghukuaisushangshousheji，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-shengyazhuanhuanqidejingtaidianliubixufeichangdi。bandaotigongyihejichengdianlushejidechuangxinchengguoyouzhuyumanzuzheyiyaoqiu。erzhejinjinshikaishi，weilaisuizhedianyuanguanlijishudejinbu
，hulianjiajulingyujiangyinglaizhongduochuangxin，cuishenggengjiazhinengdechuanganqi。

（來源：ADI公司
，作者：Frederik Dostal，電源管理專家）

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