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如何让无线互联连网物联网装置的功率系统降低待机功耗并提高整合度

作者:Diodes 公司 LED 照明事业部经理 Allan Lin

 

全世界的家庭和工厂都在拥抱智能技术,通讯与控制系统的连网程度藉由各种无线技术而不断提升,要将便利性与效率带入每个人的生活中。进入物联网 (IoT) 的世界后,我们随时随地都能存取致动器和传感器,用更细腻的角度去检视设备状态,进而将数据传送到云端进行分析,在系统故障之前预先进行维修。例如,我们可以透过 Wi-Fi、Zigbee 或蓝牙低功耗,实时遥控 LED 灯泡,以及选择适合环境的光线色温。

所有这些智能连网装置都需要低待机功耗,这对功率系统设计人员来说是一大挑战。功率转换需在所有负载下维持高效率,包括无线收发器在收发数据封包,或致动器启动时。但是,这些动作其实不常发生,智能系统多数时间都在闲置及等待接收指令,这种「闲置负载」的待机状况对功率转换不佳的系统来说尤其浪费能源。

最大的挑战,便是开发针对各种负载范围将效率优化,拥有恒定稳定输出电压的功率转换器。但由于输出电压会随消耗电流改变,因此这可说是一项相当复杂的设计工作。

 

法规挑战

对这类系统的开发人员来说,还有除了功率子系统效能以外的更多挑战。全世界有许多不同的法规环境,各个不同国家/地区为了满足其待机功耗、瞬态要求和其他法规,都需要略为不同的功率系统版本。

对智能连网功率系统的开发人员来说,这项设计挑战极为复杂,另外对成本敏感的应用也同样艰难。一个能满足全世界所有要求的设计,其成本可能相当高昂,而且能源效率也可能比针对特定国家/地区优化的装置更低。但若是针对全世界不同地区设计个别的产品与拓扑,要管理所有不同的版本又会产生额外的成本。

 

高整合度

想要解决这些挑战,我们需要提高智能连网装置功率系统内芯片的整合度。透过在同一封装内整合高电压 MOSFET 开关与功率控制器,不只能满足全球所有的法规要求,还能提供功率效率,并降低待机功耗,花很少的钱就能满足设计人员所需。

例如,AL17050 降压转换器可应用于 85V AC 至 265V AC 的 AC 输入电压范围,无论身处任何地区,皆能安心使用此产品。它可产生 3.3V 的恒定电压,或透过外部电阻器调整为不同的位准,输出最高可达 60mA,让微控制器为这些无线物联网节点提供所需电源。

装置同时也整合过热、过载、输出短路和开回路等状况的保护功能,并采用小巧的 SOT25 封装。如此高的整合程度,让 AL17050 不需要透过光耦合器提供反馈,在降压转换器组态下也只需要少数的额外组件,很适合用于空间通常有限的智能装置。

 

能源效率

利用更高程度的整合,深入了解全世界的功率与法规要求,能帮助开发人员完成物联网和智能装置的设计。像 AL17050 这样高整合度的装置,能安全接受各种输入,并产生控制器和无线收发器所需要的恒定电压,降低要交货到全球客户手上之设计的复杂度和成本。

但最重要的,是在各种切换频率的所有负载下大幅提升效率。预计未来几年内还有数十亿部连网装置要送往世界各地,让住家和工厂拥抱智慧生活,因此改善能源效率甚为关键。它可以省下数百万吨的二氧化碳排放量,减缓气候变迁,同时改善产业效率和人类的生活型态。

 

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