到2025年底之前，全球智能家居市場預(yù)計(jì)達(dá)到約970億美元；主要應(yīng)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(jī)機(jī)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(jī)等技術(shù)，則可以利用這些捕獲能量。
意法半導(dǎo)體提供能夠滿足很多這些來源要求的不同電源管理設(shè)備。作為典型應(yīng)用，我們將以一個(gè)光伏捕獲系統(tǒng)為例；參見圖1- 常規(guī)捕獲應(yīng)用框圖。

圖1 常規(guī)捕獲應(yīng)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(yīng)使用高效率轉(zhuǎn)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(dǎo)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(shí)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(shí)在有效電源可用時(shí)為鋰離子電池充電。STBC15采用超低功耗架構(gòu)，當(dāng)移除輸入電源時(shí)，僅消耗電池的不到250nA電流（參見圖2）；當(dāng)電源可用時(shí)，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(jié)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(shè)置四個(gè)可編程電池浮動電壓之一以及四個(gè)不同的電池過流閾值，并提供實(shí)時(shí)輸入和電池監(jiān)測標(biāo)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(dǎo)體建議利用超低靜態(tài)電流開關(guān)轉(zhuǎn)換器來設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換器專門設(shè)計(jì)用于高效率、PCB尺寸和厚度是關(guān)鍵因素的應(yīng)用。輸出電壓可使用數(shù)字控制輸入（D0、D1）進(jìn)行設(shè)置，并且可以對0.6V-3.3的輸出電壓進(jìn)行動態(tài)編程。典型應(yīng)用原理圖如圖4所示。由于采用增強(qiáng)型PCC（峰值電流控制回路），ST1PS01使用僅2.2 μH電感（L）和兩個(gè)小電容（CIN和COUT）就會實(shí)現(xiàn)非常高效率的轉(zhuǎn)換。

【圖4.ST1PS01應(yīng)用原理圖】

采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)電路，最大限度減小靜態(tài)電流，空載待機(jī)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(shí)間。

如必要，可使用意法半導(dǎo)體的超低靜態(tài)電流線性調(diào)壓器STLQ020系列構(gòu)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(fù)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(guān)STLQ020靜態(tài)電流特性與溫度相關(guān)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(shè)計(jì)，但STLQ020由于其自適應(yīng)偏置電路，仍能夠提供快速瞬態(tài)響應(yīng)和良好的PSRR性能。當(dāng)未使用電壓軌和捕獲子系統(tǒng)時(shí)，可通過使能引腳，將STLQ020設(shè)置到關(guān)機(jī)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(shè)備的工作時(shí)間。它還支持短路恒流限制和熱保護(hù)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(shè)計(jì)捕獲系統(tǒng)或便攜式高效率應(yīng)用的定制產(chǎn)品選項(xiàng)。根據(jù)最終應(yīng)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(shè)備以粗體詳細(xì)說明?！颈?：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(zhuǎn)換器STBB系列構(gòu)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(yīng)用框圖（光伏電源，降壓-升壓擴(kuò)展）】

意法半導(dǎo)體降壓-升壓轉(zhuǎn)換器STBB系列的高效率及其擴(kuò)展工作輸入電壓范圍使捕獲系統(tǒng)能夠?qū)⒐夥姘瀹a(chǎn)生的更多能量儲存到電池中。該降壓-升壓轉(zhuǎn)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?！緢D7 低靜態(tài)電流降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的典型效率性能】

RGB LED驅(qū)動器等其他補(bǔ)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(shí)現(xiàn)圖形用戶界面通信（GUI）。ST的LED1202、I2C標(biāo)準(zhǔn)接口12通道LED驅(qū)動器是意法半導(dǎo)體的全新產(chǎn)品系列，已在2019年第1季度實(shí)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(guān)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(dá)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(gè)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(yù)下實(shí)現(xiàn)自動排序。

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