广告

纳米供电集成电路可实现智能能耗

2020-07-21 14:27:52 德州仪器 阅读:
工业设计工程师希望提高楼宇的能源效率,以降低公用事业成本并减少碳足迹。为真正提高效率,设计师必须同时关注新建筑和现有楼宇,扩建以及运营和维护带来的持续上涨的成本。

根据联合国的研究,建筑和施工业占2018年全球能源消耗的36%,产生了令人担忧的碳足迹,而且这一能耗百分比还在持续增长。这些数据为我们敲响了警钟。dcAednc

因此,如何解决这一问题迫在眉睫。工业设计工程师希望提高楼宇的能源效率,以降低公用事业成本并减少碳足迹。为真正提高效率,设计师必须同时关注新建筑和现有楼宇,扩建以及运营和维护带来的持续上涨的成本。dcAednc

与物联网(IoT)相关的技术在提高能效方面起着至关重要的作用。传感器可根据其感测的环境条件自动关闭灯、暖气或任何其他耗电系统。与物联网相关的器件是楼宇自动化的重要组成部分,主要因为它可以汇总在中央楼宇管理系统仪表板中生成的所有数据,通过这些数据,微调系统可以在一个精心设计、算法驱动的程序中做出响应。dcAednc

dcAednc

图1:楼宇中与IoT连接的控件的示例dcAednc

事倍功半

物联网连接的器件依靠电力运行。特别是对于较旧楼宇,电池是最简易、最省钱的供电方式,因为它们无需接线。面临的挑战是如何设计功耗少的传感器电路,使得与物联网相连的器件可在单个纽扣电池上长时间运行。dcAednc

纳米供电组件可有效应对这一挑战,此类组件的平均电流消耗可以纳安 (nA)(1安培的十亿分之一)为单位来测量。为便于说明举个例子,远程无线智能楼宇传感器中使用的标准CR2032 纽扣电池在10年内可提供约2,100nA的电流。电池尺寸减小可使器件变得更小、更轻,从而更好地改装到电力不普及的现有工业厂房或较旧设施中。dcAednc

为促进楼宇自动化,设计工程师必须明确如何降低IoT器件的能耗。由于智能楼宇包含许多此类器件,因此更换电池的成本迅速增加,降低电池更换成本变得更加紧迫。dcAednc

单个纳米供电组件本身功耗很少,因此,使用更节能的组件替换设计中的现有电路组件显然可有效减少能耗。此外,将纳米供电集成电路(IC)集成到新器件中可帮助减少能耗,因为只有在需要时才能激活耗能大件,并从日常建筑操作中收集、储存和使用少量的能源。dcAednc

纳米供电集成电路可实现智能能耗

监控楼宇安全一直是楼宇运行和维护的重要方面。我们预测楼宇安全市场将稳步增长,这一增长无疑将促使相关的嵌入式传感器器件向更加节能的方向发展。dcAednc

例如德州仪器(TI)的DRV5055霍尔效应传感器可通过感测磁场运动来追踪视场中的运动。例如,在模块中组合两种此类传感器可测量门的打开角度,但传感器需要一直保持开启状态,且每个传感器都会消耗大量的电流。为缓解此问题,一种方法是并入一个额外的诸如TI的DRV5032纳米供电霍尔效应开关,将其作为负载开关。这一小型组件的功耗很小,在检测到运动之前可断开能耗较大的霍尔效应传感器的电源连接,检测到运动之后为其通电。dcAednc

还有一种方法是使用纳秒计时器和负载开关,将高功耗器件(有时是微控制器)置于更深的电源睡眠状态。负载开关可根据预定调度表激活高功耗器件,并在完成后关闭器件。纳秒计时器可调节时间范围宽泛,以适应各类轮询频率。将轮询频率设置为高延迟值时,纳米供电集成电路可节省更多能量。dcAednc

纳米供电集成电路收集能量

想象一下门把手的旋转,如果该简易动作产生的能量可为智能锁供电,会发生什么情况?纳米供电集成电路实现了这一策略性的能量收集方式。dcAednc

门把手可连接到与减速器集成在一起的电动轴上。门把手缓慢转动会转化为更高的电机RPM旋转,可用作发电机进行发电,并且在超级电容器中整流和调节能量。例如,TI的DRV8847双H桥电机驱动可以从发电机中收集能量。dcAednc

当超级电容器储能足以为传感器供电时,诸如TI的TPS2291x系列之类的负载开关会将电路从电池切换至电容器,并在不需要使用电池时启用/禁用某些门锁功能,以最大限度地延长电池寿命。另外,电容器还可以为电池充电提供能量源。这种情况下,可使用诸如TPS62840等低IQ降压转换器最大化超级电容的输出。dcAednc

结论

纳米供电的设备和集成电路具有革新楼宇自动化设计的潜力。它们不仅通过自身低功耗实现这一目标,还通过提供创新解决方案来降低每个物联网驱动器件的总能耗。dcAednc

降低能耗可延长这些器件的电池寿命,使建筑和施工业更接近智能化的设施管理。鉴于智能设施管理可在减少楼宇的碳足迹中发挥关键作用,因此纳米供电组件的优势也将会发挥作用。dcAednc

责编:Demi XiadcAednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 可解决工业自动化和IIoT挑战的MCU 工业自动化和工业物联网(IIoT)设计人员的性能要求不断变化。就MCU而言,他们希望获得更快的处理速度、更多的内存、更好的连接性和更多的安全功能。
  • Matter智能家居应用上路 无线连接是智能家居应用和Matter规范的核心。为了符合Matter标准,业界芯片供货商正通过集成802.15.4或扩展其无线产品组合,以单芯片支持多种无线协议的实力推动智能家居应用的Matter转型…
  • 智能化、联网化趋势下,传统电动自行车企业如何价值再造 随着绿色低碳意识的提升,以及外卖与快递行业的发展,近年来电动自动车的产量及销量大幅增长。但与此同时,电动自行车的安全问题也引起全社会的关注。数据显示,2021年1-10月器期间,电动自行车电池故障引发的火灾1.4万起,包含多起人身伤亡事故,在政府的重视下,中国质量认证中心发布了智能电动车认证技术规范,希望能够用技术手段,用物联网手段降低电池的安全相关事故,能够提高电动自行车在电池和整车的安全性。电动自行车的智能化、联网化已成为刚需。
  • 发掘科技:V2X场景中的两轮车方案 日前,在AspenCore举办的“2022国际AIoT生态发展大会”的“智慧两轮车分论坛”上,发掘科技战略发展总监屈博发表了“V2X场景中的两轮车方案”主题演讲。
  • 碎片化、成本高是难题,AIoT行业需要哪些改变? 作为AIoT的行业基石,物联网市场到2022年预计将达到 144 亿活跃连接。随着供应限制的缓解和增长的进一步加速,IoT Analytics 最新预测指出,到2025年全球将有大约 270 亿台联网物联网设备。中国物联网链接到2025年也将达到80亿。随着整个AIoT和IoT市场的快速成长与变化,我们将面临哪些风险和挑战?
  • 英特尔张宇:边缘AI有三个阶段,我们还处在山脚 在AspenCore举办的“2022国际AIoT生态发展大会”上,英特尔公司高级首席工程师、物联网事业部中国区首席技术官张宇博士通过视频方式分享了“边缘AI技术发展趋势与展望”主题演讲。
  • 面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台 在AspenCore举办的“全球MCU生态发展大会”上,安谋科技解决方案总监邹伟发表了“面向未来物联网的高密度、高可靠、高安全性的计算平台”主题演讲。
  • 芯海:信号链MCU新标杆——SmartAnalog系列 6月17日,在AspenCore举办的“全球MCU生态发展大会”上,芯海科技高级产品经理王伟发表了“信号链MCU新标杆:SmartAnalog系列”主题演讲。
  • IoT时代新型应用给MCU技术和生态带来的机遇与挑战 在AspenCore举办的“全球MCU生态发展大会”上,英飞凌科技大中华区安全互联系统事业部技术市场总监翁伟钿发表了“IoT时代新型应用给MCU技术和生态带来的机遇与挑战”主题演讲。并重点介绍了三种面向细分市场的MCU解决方案。
  • 成本不到一毛钱的塑料芯片,真的能量产吗? 现在研究人员设计了一种新的塑料处理器,他们估计能够以不到一便士(约合人民币0. 082元)的价格大规模生产。根据IEEE Spectrum 的一份报告,新的 Flexicore 芯片可以开启一个世界,从绷带到香蕉,一切都可以拥有芯片。
  • 金线、银线,不如“无线”?——WiSA无线音频 我们知道,高端无线音频主要是用5GHz,而中低端普遍采用2.4GHz。这方面主要在于频谱的利用和技术原因,2.4G覆盖距离比5G长,但缺点是频宽窄。而WiSA的DS模块却能够做到“2.4GHz 比别人家的5GHz 更好,比自家的5GHz要差”。原因是什么?怎样解决无线音频的痛点?
  • 东京工业大学要在空中同时传输5G和电力 东京工业大学的研究人员创造了一种同时传输电力和 5G 信号的设备。这款 5G 网络信号收发器采用全无线供电,在大距离和角度下具有高功率转换效率。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了