到2025年底之前，全球智能家居市場預計達到約970億美元；主要應用類別涉及安全管理、能源和資源管理、便捷和舒適、健康和保健管理以及媒體娛樂。

在家庭中，很多種能源通常未得到利用：光、溫差、電機機械振動、門窗移動；現(xiàn)在，由于光伏電池、熱電偶、壓電發(fā)電機等技術，則可以利用這些捕獲能量。 意法半導體提供能夠滿足很多這些來源要求的不同電源管理設備。作為典型應用，我們將以一個光伏捕獲系統(tǒng)為例；參見圖1- 常規(guī)捕獲應用框圖。

圖1 常規(guī)捕獲應用框圖（儲存光伏能量）

白天的光伏能量是有限的，不可調(diào)節(jié)的，并且主要集中在上午；為此，應使用高效率轉換器盡可能充分利用這種能量來為系統(tǒng)供電，或者將其儲存在主要鋰離子電池內(nèi)，以備日后使用。意法半導體的全新電池管理STBC15系列可以在每次電源電壓高于電池電壓時管理電池充電并為系統(tǒng)供電。這一過程通過控制內(nèi)部電源路徑上的MOSFET完成，該路徑自動為系統(tǒng)提供電池能量并同時在有效電源可用時為鋰離子電池充電。STBC15采用超低功耗架構，當移除輸入電源時，僅消耗電池的不到250nA電流（參見圖2）；當電源可用時，將使用僅0.48 μA的供電電流（參見圖3）控制充電階段。

【圖2. 電池漏電流 vs. 電池電壓（VCHGIN= 0 V；VBAT> VBAT_OVD）】

【圖3. 電源供電電流 vs. 溫度（VBAT= 3.6 V；IOUT = 1 mA）】

結溫[℃]

這樣，幾乎所有可用的電源能量將儲存到電池內(nèi)。超低靜態(tài)電池管理嵌入了數(shù)字控制（兼容1.8V的GPIO），用于設置四個可編程電池浮動電壓之一以及四個不同的電池過流閾值，并提供實時輸入和電池監(jiān)測標記。 為了優(yōu)化電池儲存的能量或者使用光伏電池產(chǎn)生的直流電源，意法半導體建議利用超低靜態(tài)電流開關轉換器來設計捕獲系統(tǒng)。市場上最新推出的產(chǎn)品是Nano靜態(tài)電流降壓ST1PS01系列。它是一款微型同步降壓轉換器，能夠在1.8V-5.5 V的輸入電壓下提供最大400 mA的輸出電流。該轉換器專門設計用于高效率、PCB尺寸和厚度是關鍵因素的應用。輸出電壓可使用數(shù)字控制輸入（D0、D1）進行設置，并且可以對0.6V-3.3的輸出電壓進行動態(tài)編程。典型應用原理圖如圖4所示。由于采用增強型PCC（峰值電流控制回路），ST1PS01使用僅2.2 μH電感（L）和兩個小電容（CIN和COUT）就會實現(xiàn)非常高效率的轉換。

【圖4.ST1PS01應用原理圖】

采用先進的設計電路，最大限度減小靜態(tài)電流，空載待機狀態(tài)下僅500nA，因此將在下次電池充電之前盡可能延長整體捕獲系統(tǒng)的工作時間。

如必要，可使用意法半導體的超低靜態(tài)電流線性調(diào)壓器STLQ020系列構建附加低電流電壓軌。STLQ020是一款200mA低壓降調(diào)壓器，能夠在2 V至5.5 V的輸入電壓范圍內(nèi)工作。最大負載下的典型壓降是160 mV?？蛰d下的超低靜態(tài)電流僅300 nA，將延長捕獲系統(tǒng)的電池壽命。有關STLQ020靜態(tài)電流特性與溫度相關性圖形，參見圖5。

【圖5.靜態(tài)電流 vs 溫度（IOUT = 0 mA）】

盡管采用超低功耗設計，但STLQ020由于其自適應偏置電路，仍能夠提供快速瞬態(tài)響應和良好的PSRR性能。當未使用電壓軌和捕獲子系統(tǒng)時，可通過使能引腳，將STLQ020設置到關機模式，從而將總電流消耗減小到1 nA。即使在工作條件下，STLQ020也能保持很低的靜態(tài)電流，從而延長電池供電設備的工作時間。它還支持短路恒流限制和熱保護功能，并且提供幾種小型封裝。

在以下表1中，我們著重介紹了可用于設計捕獲系統(tǒng)或便攜式高效率應用的定制產(chǎn)品選項。根據(jù)最終應用要求和所選的電池容量，可提供電流能力從僅mA到超過1A的產(chǎn)品。所討論的適用設備以粗體詳細說明。 【表1：推薦用于捕獲系統(tǒng)的電源管理產(chǎn)品系列】

如果捕獲系統(tǒng)需要工作電壓軌高于最小電池截止電壓（通常是2.8V），則可使用低靜態(tài)電流降壓-升壓轉換器STBB系列構建每種電池狀態(tài)所需的固定電壓軌：即使是電池滿電的4.2V-4.35V水平，或者在最壞情況下電量完全耗盡的2.6-3.0V水平（參見圖6）。

【圖6 常規(guī)捕獲應用框圖（光伏電源，降壓-升壓擴展）】

意法半導體降壓-升壓轉換器STBB系列的高效率及其擴展工作輸入電壓范圍使捕獲系統(tǒng)能夠將光伏面板產(chǎn)生的更多能量儲存到電池中。該降壓-升壓轉換器的最小電壓僅1.8V，能夠產(chǎn)生足以為單節(jié)鋰離子電池充電的高電壓。圖7展示了在不同輸入和輸出電壓下的典型降壓-升壓效率。 【圖7 低靜態(tài)電流降壓-升壓轉換器的典型效率性能】

RGB LED驅動器等其他補充可選功能可添加到捕獲系統(tǒng)，以簡化并極具吸引力地實現(xiàn)圖形用戶界面通信（GUI）。ST的LED1202、I2C標準接口12通道LED驅動器是意法半導體的全新產(chǎn)品系列，已在2019年第1季度實現(xiàn)量產(chǎn)。圖8顯示了這一子部分的常規(guī)電氣原理圖。LED1202旨在將關閉模式下的電流消耗減小到5μA，保證高精確度LED電流控制達到+/-1%，并且具備各種特殊功能，如減小浪涌電流的移相功能，包括通過8個可編程模式和最多12位本地PWM分辨率在沒有微控制器干預下實現(xiàn)自動排序。

【圖8：RGB LED驅動器常規(guī)電氣原理圖（最多4個RGB LED驅動器）】

【作者:意法半導體亞洲地區(qū)技術營銷工程師Carmelo BATTAGLIA】