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網。如圖 1 所示，視頻門鈴是另一種越來越受歡迎的智能設備，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。雖然大多數可視門鈴是硬接線的，但當現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）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)的主要設計挑戰(zhàn)：

· 根據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

· 通過集成實現小型化。

· 獲取剩余電池容量的準確百分比。

圖 2：典型的電池充電系統(tǒng)和設計注意事項。  

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。當溫度接近 0°C 時，單節(jié) (1S) 電池的內部阻抗會迅速增加。為了在更寬的溫度范圍內提供系統(tǒng)電壓，通過將兩個電池串聯 (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，這在大多數家庭中都很容易獲得。為了實現以 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 端口電流能力的標準和程序。TI 的 BQ25882 數據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時間。目前的容量約為 15 Wh 至 22 Wh。一些消費者在網上抱怨他們的電池需要八小時或更長時間的充電時間；目標是在更合理的三到四個小時內讓電池充滿電。

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體場效應晶體管 (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鍵。首先估計門鈴或電池組可以耗散多少電量。根據損耗預算，估算效率并檢查效率曲線，以確定適合您應用的充電器。

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