毫微功耗威廉希尔官方网站 如何实现智能能源

在2011年，我们看到了很多关于智能能源的兴奋。例如，北美的公用事业公司正忙于安装智能电表。在巴西，该国的电力监管机构Agencia Nacional de Energia Eletrica因其呼吁为该国建造一个完整的智能电表而引起了极大的兴奋。在欧洲，几家公用事业公司正在创建自己独特的智能电表通信方式。

当时引起了更多的轰动，许多公司都在推广家庭局域网（HAN）解决方案。周围有令人兴奋的愿景，包括每台洗衣机、烘干机、冰箱上的能源测量设备......甚至灯泡。每个设备都可以方便地通过ZigBee，蓝牙或其他低功耗，短距离通信协议与家庭路由器通信。

快进到今天，智能电表已安装在北美大部分地区以及欧洲和亚洲的许多国家。公用事业公司正在监控电力使用情况。他们还通过消除抄表员来节省一些费用，这些抄表员会走过社区手动读取每个电表。然而，完整的智能能源建设的愿景是不同的。例如，我们并没有真正测量每个灯泡上的能量，这可能是由于此类系统的高成本与运行灯的能源成本相比。进一步降低这种能源成本的是低能耗的光源，如紧凑型荧光灯泡和LED。也许我们只是在某些粒度级别上最大化了对数据的需求。然而，这种情况不应引起绝望。毕竟，虽然智能能源的一个愿景没有成为现实，但仍有许多美好的进步正在支持新的愿景。

以咖啡为例。十年前，北美的大多数人和餐馆都在玻璃或陶瓷壶中煮咖啡，然后将其放在燃烧器上以保持温暖。那个燃烧器不仅消耗能量，而且还慢慢煮熟了咖啡，破坏了味道。当有人想到将咖啡放入热水瓶中以保持咖啡的热量时，咖啡饮用者会很高兴。这一步使咖啡“离线”，因为它不再连接到电网。因此，咖啡制作消耗的能量更少，并且会产生更好的饮料。对于智能能源的一个很好的例子来说，这是怎么回事？

咖啡示例与工程系统的其他概念相似，这些概念既能最大限度地提高性能，又能节省能源。一个伟大的进步是毫微功耗威廉希尔官方网站 ，其中某些部件的电流消耗处于静止状态 - 不工作，但也没有完全关闭。较新的产品利用先进的interwetten与威廉的赔率体系 CMOS工艺威廉希尔官方网站 ，以纳安电流工作，其标称电流几乎无法测量。这些系统具有两大节能优势：首先是占空比，其次是分散功耗架构。接下来，让我们看一些提供毫微功耗威廉希尔官方网站 优势的器件和电路示例。

烟雾探测器是最早的物联网（IoT）设备之一。通常，它们预计使用电池运行 10 年，支持不频繁的电池更换和停电期间的运行。图1显示了典型的现代烟雾报警器框图，该报警器具有电池、多个DC/DC转换器、微控制器、RF通信、传感器（可能是多种架构）和压电蜂鸣器。表1中基于现代组件的每个模块的电流消耗值示例值。在光学烟雾传感器的情况下，运行LED的峰值电流将在mA范围内，但随着LED通常以相对不频繁的速度循环，平均电流会下降。在大多数报警器中，有源电路只能在0.05%的时间内对空气进行采样。因此，在 99.95% 的时间内，系统以静态模式运行。不考虑RF电路可能具有完全不同的占空比，全功率模式下的主电路将消耗11mA。在静态期间，主电路的功耗为5.5μA。因此，有源电路每秒平均消耗的电流为11mA X 0.0005 = 5.5μA，这意味着平均电流消耗为11μA。 请注意，任何高于 10μA 的静态电流都会开始影响系统电池寿命。因此，在 1500μA 电流消耗范围内，每增加 μA 电流，一年内就会影响 <>mAhr 的电池寿命。

图1.典型的现代烟雾探测器
框图

*DC/DC 功耗基于 50mA 的输出电流，效率为 ~77%。

毫微功耗威廉希尔官方网站 还通过关闭系统内电路的能力提供了优势。在这种类型的架构中，电池监控和实时时钟等关键组件保持开启状态。微控制器和RF电路等主要功耗者要么关闭，要么进入最低功耗模式。图2中的电路示出了用于监视电池电压的毫微功耗窗口比较器。比较器提供有价值的安全功能，仅在电池高于或低于允许电压时发送警报。系统微控制器不必工作，除非它收到来自比较器的报警，该比较器的典型电流为900nA。从本质上讲，这变成了一种智能能源架构：它尽可能多地保存能源，同时剥离必须始终保持开启的功能的特定电路。

图2.毫微功耗窗口比较器，用于监视电池电压

展示毫微功耗威廉希尔官方网站 优势的最后一个示例是来自壁式电源适配器或电池的电源，通常称为ORing二极管电源。在这种电源中，优秀的设计人员会放置一个肖特基二极管与电池电源串联。这种方法限制了压降，从而限制了二极管两端的功率损耗，同时仍然保护了电路。例如，新型MAX40200理想二极管电流开关在承载85A电流时压降低至1mV，在载波43mA电流时典型降500mV。这种性能比典型的肖特基二极管高出两到四倍，巧妙地节省了数十到数百毫瓦的电池电量。

就像我们的咖啡示例一样，智能能源架构正在发生变化。各种子系统基本上与中央处理器断开连接并定期检查，从而大大降低了能耗。凭借先进的处理和模拟架构，这些构建模块现在消耗的功耗前所未有。然而，新的智能能源运动不仅仅是能源测量和通信。新的智能能源包括一个智能系统架构，结合先进的组件，共同提高系统电池寿命和可靠性，在此过程中解锁新的应用。

审核编辑：郭婷