1、前言

我們的家庭變得越來越智能，并通過安全攝像頭、恒溫器、智能揚聲器和智能電視連接到互聯(lián)網(wǎng)。如圖 1 所示，視頻門鈴是另一種越來越受歡迎的智能設(shè)備，它提供高清圖像和雙向音頻通信，以便房主可以通過智能手機迎接訪客。

由運動傳感器激活的視頻記錄前院和后院的活動，在任何天氣條件下全天候增強家庭安全。雖然大多數(shù)可視門鈴是硬接線的，但當(dāng)現(xiàn)有接線或變壓器過時或不兼容時，許多消費者正在尋求電池供電的可視門鈴。電池供電的可視門鈴還為無法（或不應(yīng)）接觸電線的租戶提供了便利。這種門鈴很容易安裝在靈活的位置，無需布線。另一個好處是電池供電的可視門鈴即使在電源故障期間也能繼續(xù)工作。

圖 1：支持視頻的門鈴

2.方案介紹

圖 2 顯示了典型的可視門鈴電池充電系統(tǒng)和設(shè)計注意事項。這些是視頻門鈴中電池供電子系統(tǒng)的主要設(shè)計挑戰(zhàn)：

· 根據(jù)工作溫度決定電池配置。

· 通過 USB 充電優(yōu)化系統(tǒng)解決方案成本。

· 最大限度地利用輸入源，減少充電時間

· 通過集成實現(xiàn)小型化。

· 獲取剩余電池容量的準(zhǔn)確百分比。

圖 2：典型的電池充電系統(tǒng)和設(shè)計注意事項。  

可視門鈴需要在不同的天氣條件下工作，因此在鉛酸、鎳金屬氫化物或鋰離子 (Li-ion) 化學(xué)和配置之間進行選擇時，您需要考慮電池的工作溫度。由于多種因素——包括對小尺寸的需求、系統(tǒng)所需的功率和充電頻率——鋰離子電池在功率密度和成本方面仍然是最佳選擇。

然而，鋰離子電池的內(nèi)部阻抗在低溫條件下會急劇增加。降低的電池端電壓（由于內(nèi)部阻抗）可能會阻止存儲在電池中的能量以所需的電流為系統(tǒng)供電。當(dāng)溫度接近 0°C 時，單節(jié) (1S) 電池的內(nèi)部阻抗會迅速增加。為了在更寬的溫度范圍內(nèi)提供系統(tǒng)電壓，通過將兩個電池串聯(lián) (2S) 將電池電壓加倍，可以在達到為系統(tǒng)供電的最低電壓之前為電池放電提供更多電壓余量。

無論您采用 1S 還是 2S 電池配置，您仍然需要適配器或支架式充電站來為電池充電。傳統(tǒng)上，適配器是可視門鈴包裝中的必備附件。使用 USB 電源輕松為電池充電將是一個顯著的優(yōu)勢，這在大多數(shù)家庭中都很容易獲得。為了實現(xiàn)以 USB 為輸入的 1S 和 2S 電池的通用充電，考慮電池充電器拓撲和檢測 USB 端口電流能力分別是兩個重要的技術(shù)挑戰(zhàn)。

首先，充電器拓撲會有所不同。1S 電池需要 5 V 降壓拓撲來為 1S 電池充電。2S 電池需要來自 5V USB 的升壓拓撲來為 2S 電池充電。其次，電池充電規(guī)范修訂版 1.2 (BC1.2) 提供了使用 USB D+ 和 D- 線檢測 USB 端口電流能力的標(biāo)準(zhǔn)和程序。TI 的 BQ25882 數(shù)據(jù)表中的輸入源類型檢測部分給出了一個遵循 BC1.2 的電池充電器示例，用于檢測輸入 USB 源。通過USB檢測，充電器可以將任何USB端口作為輸入給電池充電，最大限度地利用輸入源。

可視門鈴的尺寸不能比傳統(tǒng)門鈴大多少，消費者還希望在給電池充電之前有幾個月的不間斷服務(wù)時間。目前的容量約為 15 Wh 至 22 Wh。一些消費者在網(wǎng)上抱怨他們的電池需要八小時或更長時間的充電時間；目標(biāo)是在更合理的三到四個小時內(nèi)讓電池充滿電。

保持電池組的良好熱狀態(tài)可提供良好的客戶體驗。集成和充電效率也是重要的考慮因素。具有所有必需的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、電流感測元件和保護功能的完全集成充電器可以降低物料清單 (BOM) 成本。

高效率是降低功率損耗以改善熱條件的關(guān)鍵。首先估計門鈴或電池組可以耗散多少電量。根據(jù)損耗預(yù)算，估算效率并檢查效率曲線，以確定適合您應(yīng)用的充電器。

在弄清楚如何將能量注入電池后，獲得準(zhǔn)確表示已經(jīng)注入電池的能量非常重要。因此，擁有一個準(zhǔn)確的計量設(shè)備變得很重要，以便消費者知道電池需要充電。