智能家庭與超低功耗

04-14

作者： Charles Wong

由於互聯網的繁榮以及半導體行業的爆發，智能家局正在不斷走近普通大眾的生活。那到底什麼是智能家居呢？一種比較直觀的定義是：在家裡的任何東西都可以連入互聯網並被遠程控制，這就是智能家居。大家可以想像一下：當我們回到家的時候，可以直接用手機開門，因為門中安裝了感應裝置，通過和手機進行通信配對即可開門，而不再像以往那樣需要口袋裡裝個鑰匙，還可能不小心戳到自己；如果家裡不小心起火了，裝在天花板上的火災探測器自動報警，並及時通知業減少損失；家中的遙控器可以控制所有的電器設備，不論冰箱洗衣機還是空調，因為所有設備都用了相同的通信協議，而不再像以往需要各自配對；國家電網，自來水公司，以及煤氣表公司的員工也不再需要每個月上門抄表，因為煤氣表，電錶，或者水表，都將自帶流量監測以及GPRS信號發射功能，每天可以自動上傳數據。正如圖一所示，這些都是智能家居帶給大眾的便利和神奇的體驗。

圖一，智能家居之應用

所有的智能設備都需要對應的電源來保證正常工作，其中一部分直接來自家庭的入戶電線，但是還有很多需要使用電池供電。上文提到的設備都需要使用電池來供電：智能電錶/水表/煤氣表，煙感報警器，以及智能門鎖系統。這些設備必須保證即便家中斷電也能正常工作，同時要求待機時間長達一年甚至十年，以防止意外發生。正是因為這些嚴苛的要求，智能設備製造商需要精心選取電池並設計整個供電系統。其中乾電池（0.9～1.5V），鋰錳紐扣電池（2～2.7V）或者鋰亞（3～3.6V）電池都是較好的選擇，因為這些電池自放電率都很低，可以保證長期使用。整個供電系統需要一款具備極低的待機功耗並且保持高效率的升壓變換器來滿足MCU，藍牙收發器，以及微型電機的電源需求。

圖二 TPS61099x 典型應用框圖

TPS61099x系列是一款超低靜態功耗升壓變換器，其靜態電流可以低至1uA. 在Vin=1.5V, Vout=5V, Iout=10uA條件下，整個升壓系統效率高於70%。同時TPS61099x系列支持通過使能腳EN對晶元進行關斷操作以節省更多功耗。TPS61099x系列包含輸出電壓可調版本和多個固定電壓輸出版本，其中可調壓版本支持1.8V到5.5V輸出，滿足了大部分的MCU 和藍牙SOC的供電範圍。最小的峰值限流值為0.8A,可以滿足從乾電池輸出3.3V 200mA的電源要求。對於固定電壓版本，其中電源設計極其簡單，可以取消輸出電阻分壓網路。TPS61099的效率曲線如圖三（可調電壓版本）至圖五（固定電壓版本）所示。在10uA 負載條件下，TPS610997(5V)的效率比可調電壓版本最少高15個百分點。

圖三. Efficiency vs Iout of TPS61099,VOUT=5V, L=2.2uH(74404024022, Wurth Electronics )

圖四. Efficiency vs Iout of TPS61099,VOUT=3.3V, L=2.2uH(74404024022, Wurth Electronics )

圖五. Efficiency vs Iout of TPS610997, L=2.2uH(74404024022, Wurth Electronics )

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