开发楼宇自动化产品时，能效是其间十分重要的规划考量要素之一。运用单节扣子电池供电时，有些新式无线智能传感器能够作业五年以上，有些传感器乃至能够继续 10 年或更长时刻。在本白皮书中，我将评论楼宇自动化在能效方面的各种发展。
简介
咱们首要了解一下纳瓦级集成电路 (IC) 怎么增强功用和下降功耗，以及近期的各种发展怎么完结低功耗和长作业寿数。纳瓦级器材的均匀电流耗费能够纳安 (nA)（1 安培的十亿分之一）为单位来丈量。长途无线智能楼宇传感器中运用的规范 CR2032 扣子电池在10 年内可供给大约 2,100nA 的电流。
关于在曩昔两年间面向群众商场的纳瓦级组件，其所需电流比上一代产品的一半还要低。因为规划人员需求在规划时减小电池和电源的空间，他们得以构建出更小的产品。此外，运用传感器和智能器材改造现有住所、商业和工业等区域时的便利性和安全性也有所进步。因为这些器材运用商等第电池能够作业数年之久，因而无需运用电线，也无需为替换电池编制例行保护发生费用。
跟着物联网相关运用在楼宇自动化中的快速推行，人们开端重视运用嵌入式传感器进步安全性和功率的巨大潜力：这些传感器不只能够检测超大型体系中的单个组件毛病，还能通过毫米波雷达监控人类的健康和舒适程度。
楼宇自动化的能效：注意事项、重要性和未来趋势
在能效方面，规划工程师需求考虑许多要素，他们必须在功用、电池预期寿数和电路板各器材的均匀电流耗费之间完结功用平衡，还要为规划树立精确的稳态耗费模型。为了尽或许多地削减功耗，许多工程师在规划中十分奇妙地完结了一些功用，然后进步了全体功率。
并非只要电池供电型器材需求考虑能效问题，简直一切线路供电体系都要进行这方面的考量。例如，在暖通空调 (HVAC) 职业，美国能源部 (DOE) 为了最大程度下降功率额定值（称为“季节能效比”），拟定了愈加严厉的法规。这些法规继而导致永久分相式电容器电机敏捷被电子换向电机替代，后者现成为大多数制造商下一代 HVAC 设备的标配。图 1 对上述两种电机进行了比较。
DOE 认为，虽然顾客承当了上述更贵重电机的初始本钱，但电子换向电机实际上明显进步了能效，因而可快速取得技能报答 – 到 2030 年，将为美国人节约 90 亿美元以上的家庭用电费用。
如需进行高效电子换向电机规划，主张先参看 《具有BOM 低本钱、适用于 HVAC 风机的 TI 电子换向电机参阅规划》 。
图 1.永久分相式电容器电机与电子换向电机。
下文详细介绍了有关楼宇自动化时下盛行的电池供电运用领域 – 楼宇安全，超低功耗产品规划和能效方面有许多表现这一趋势的示例。如下页图 2 中所示，从 2013 年到 2023 年，安防和视频监控商场估计增加约 5%（来历-Omdia，“工业半导体商场追寻陈述”，2020 年*）。这一增加将不可避免地促进相关方不断优化安防和视频监控设备的功率。
在更大的空间和较陈腐的楼宇中，运用电池供电传感器替代断断续续的线路供电能够明显进步本钱效益。人们为了能进步能效，延长了电池寿数，因而楼宇或住所中的长途传感器能够在比以往更长的时刻内，传递实时环境数据和传感器情况，并且无需运用线路供电。
图 2.Omida,“工业半导体商场追寻陈述”。德州仪器 (TI) 不对此承当任何职责。第三方独立承当一切结果。
高能效器材可解决工程规划难题
在楼宇安全运用中，霍尔效应传感器能够运用放在门窗上的低本钱磁铁检测到磁场改变。
与 DRV5055 视点评价模块相同，结合运用两个 DRV5055 传感器，即可完结二维方位检测。通过这种高档感应法，以及所用的校准办法和校准点数量，可完结 <1° 的高精度，但电流耗费或许较高(典型值约为 12mA）。因而为了最大极限下降功耗，能够运用超低功耗霍尔效应开关，可一次性检测磁场移动。
另一款纳瓦级霍尔效应传感器 DRV5032，选用图 3 所示的设置来检测闭门器摆臂的旋转视点，它没有始终保持敞开状况，只要在检测到移动时才耗费电能，因而功用优于功耗要求更苛刻的DRV5055 传感器。将霍尔效应开关与超低功耗负载开关合作运用时，可堵截来自 DRV5055 传感器的电源，需求 DRV5055 传感器进行视点感应时在外。
图 3.高能效门方位传感方框图。
下页图 4 显现了另一个低功耗高能效运用，此运用运用 320nA 的 TLV8802 运算扩大器作为无源红外传感器的信号链。TLV8802 十分合适选用电池供电器材的本钱灵敏型体系。
PIR 运用需求在 PIR 传感器的输出端供给通过扩大和滤波的信号，以使进入信号链后续各级的信号振幅足够大，然后供给有用的信息。PIR 传感器检测远处物体的移动时，其输出端的典型信号电平为微伏级，因而需求扩大。在噪声抵达窗口比较器的输入端之前，需求运用滤波功用来约束体系的噪声带宽。滤波功用还会设置体系在检测移动时的最低和最高速度限值。
优化规划以进步能效的另一种办法是将纳瓦级计时器和负载开关结合运用，将功耗更高的器材乃至微控制器 (MCU) 断电，让它们进入更深的休眠状况。
图 4.低功耗 PIR 传感器模仿前端。
图 5 是适用于住所和商业环境的简略低功耗无线环境传感器原理图。
在图 5 中，将 TPL5111 用作 TPS22860 的一个定时唤醒或使能信号，当启用 TPS22860 之后，它将为 HDC2080 供电。此电路还有一个 DONE引脚，此引脚连接到 SimpleLink™ MCU 的通用输入/输出引脚，能够在完结处理之后将 HDC2080断电。当纳瓦级计时器封闭负载开关之后，会堵截来自 HDC2080 的电源，然后大幅下降能耗。能够为 TPL5111 设置一个宽时刻规模，这样能够在将轮询频率设置为高推迟值时下降更多功耗。
图 5.无线环境传感器以及纳瓦级计时器和负载开关。
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