在2011年，我們看到了很多關于智能能源的興奮。例如，北美的公用事業公司正忙于安裝智能電表。在巴西，該國的電力監管機構Agencia Nacional de Energia Eletrica因其呼吁為該國建造一個完整的智能電表而引起了極大的興奮。在歐洲，幾家公用事業公司正在創建自己獨特的智能電表通信方式。

當時引起了更多的轟動，許多公司都在推廣家庭局域網（HAN）解決方案。周圍有令人興奮的愿景，包括每臺洗衣機、烘干機、冰箱上的能源測量設備......甚至燈泡。每個設備都可以方便地通過ZigBee，藍牙或其他低功耗，短距離通信協議與家庭路由器通信。

快進到今天，智能電表已安裝在北美大部分地區以及歐洲和亞洲的許多國家。公用事業公司正在監控電力使用情況。他們還通過消除抄表員來節省一些費用，這些抄表員會走過社區手動讀取每個電表。然而，完整的智能能源建設的愿景是不同的。例如，我們并沒有真正測量每個燈泡上的能量，這可能是由于此類系統的高成本與運行燈的能源成本相比。進一步降低這種能源成本的是低能耗的光源，如緊湊型熒光燈泡和LED。也許我們只是在某些粒度級別上最大化了對數據的需求。然而，這種情況不應引起絕望。畢竟，雖然智能能源的一個愿景沒有成為現實，但仍有許多美好的進步正在支持新的愿景。

以咖啡為例。十年前，北美的大多數人和餐館都在玻璃或陶瓷壺中煮咖啡，然后將其放在燃燒器上以保持溫暖。那個燃燒器不僅消耗能量，而且還慢慢煮熟了咖啡，破壞了味道。當有人想到將咖啡放入熱水瓶中以保持咖啡的熱量時，咖啡飲用者會很高興。這一步使咖啡“離線”，因為它不再連接到電網。因此，咖啡制作消耗的能量更少，并且會產生更好的飲料。對于智能能源的一個很好的例子來說，這是怎么回事？

咖啡示例與工程系統的其他概念相似，這些概念既能最大限度地提高性能，又能節省能源。一個偉大的進步是毫微功耗技術，其中某些部件的電流消耗處于靜止狀態 - 不工作，但也沒有完全關閉。較新的產品利用先進的模擬CMOS工藝技術，以納安電流工作，其標稱電流幾乎無法測量。這些系統具有兩大節能優勢：首先是占空比，其次是分散功耗架構。接下來，讓我們看一些提供毫微功耗技術優勢的器件和電路示例。

煙霧探測器是最早的物聯網（IoT）設備之一。通常，它們預計使用電池運行 10 年，支持不頻繁的電池更換和停電期間的運行。圖1顯示了典型的現代煙霧報警器框圖，該報警器具有電池、多個DC/DC轉換器、微控制器、RF通信、傳感器（可能是多種架構）和壓電蜂鳴器。表1中基于現代組件的每個模塊的電流消耗值示例值。在光學煙霧傳感器的情況下，運行LED的峰值電流將在mA范圍內，但隨著LED通常以相對不頻繁的速度循環，平均電流會下降。在大多數報警器中，有源電路只能在0.05%的時間內對空氣進行采樣。因此，在 99.95% 的時間內，系統以靜態模式運行。不考慮RF電路可能具有完全不同的占空比，全功率模式下的主電路將消耗11mA。在靜態期間，主電路的功耗為5.5μA。因此，有源電路每秒平均消耗的電流為11mA X 0.0005 = 5.5μA，這意味著平均電流消耗為11μA。 請注意，任何高于 10μA 的靜態電流都會開始影響系統電池壽命。因此，在 1500μA 電流消耗范圍內，每增加 μA 電流，一年內就會影響 <>mAhr 的電池壽命。

圖1.典型的現代煙霧探測器
框圖

*DC/DC 功耗基于 50mA 的輸出電流，效率為 ~77%。

毫微功耗技術還通過關閉系統內電路的能力提供了優勢。在這種類型的架構中，電池監控和實時時鐘等關鍵組件保持開啟狀態。微控制器和RF電路等主要功耗者要么關閉，要么進入最低功耗模式。圖2中的電路示出了用于監視電池電壓的毫微功耗窗口比較器。比較器提供有價值的安全功能，僅在電池高于或低于允許電壓時發送警報。系統微控制器不必工作，除非它收到來自比較器的報警，該比較器的典型電流為900nA。從本質上講，這變成了一種智能能源架構：它盡可能多地保存能源，同時剝離必須始終保持開啟的功能的特定電路。

圖2.毫微功耗窗口比較器，用于監視電池電壓

展示毫微功耗技術優勢的最后一個示例是來自壁式電源適配器或電池的電源，通常稱為ORing二極管電源。在這種電源中，優秀的設計人員會放置一個肖特基二極管與電池電源串聯。這種方法限制了壓降，從而限制了二極管兩端的功率損耗，同時仍然保護了電路。例如，新型MAX40200理想二極管電流開關在承載85A電流時壓降低至1mV，在載波43mA電流時典型降500mV。這種性能比典型的肖特基二極管高出兩到四倍，巧妙地節省了數十到數百毫瓦的電池電量。

就像我們的咖啡示例一樣，智能能源架構正在發生變化。各種子系統基本上與中央處理器斷開連接并定期檢查，從而大大降低了能耗。憑借先進的處理和模擬架構，這些構建模塊現在消耗的功耗前所未有。然而，新的智能能源運動不僅僅是能源測量和通信。新的智能能源包括一個智能系統架構，結合先進的組件，共同提高系統電池壽命和可靠性，在此過程中解鎖新的應用。

審核編輯：郭婷