作者
Gayathri Easwaran
Gayathri Easwaran是恩智浦半导体SCE产品市场总监，工作地点在美国德克萨斯州奥斯汀。她拥有圣路易斯华盛顿大学的电气工程硕士学位，同时也是ACT!ON(恩智浦亚洲文化团队)的负责人。她热衷于寻找差异化的解决方案，为客户提供支持。在空闲时间，她喜欢制作各种主题的播客。
高能效自动化家居赋能可持续
恩智浦长期致力于可持续发展。我们承诺得到充分体现的一个领域是自动化智能家居。我们的产品组合涵盖多个重大趋势，包括能效、设备连接和由人工智能驱动的自动化，这些都在全球各地帮助减少碳足迹并改善生活环境。
在家庭节能方面，我们认为节约电力的方法有很多。即使是微小的能效提升，一旦在更广泛的楼宇、社区或地区实施，都能迅速积累显著的节能成果。
这就是我们为什么提供大量高能效解决方案，从支持复杂系统级应用案例的高级应用处理器，到提升效率和简化设计的单个组件，如AC/DC转换器和USB-Type C端口解决方案。
以下是我们帮助客户实现自动化智能家居和物联网(IoT)设备能源目标的方式。
参观我们在2024年消费电子展(CES)上的自动化智能家居展示，探索恩智浦技术如何推动智能家居的未来。
确保您的设计符合监管要求
设计家用电器和电子设备时，许多自动化智能家居客户在提供产品的地区需要考虑能效认证和/或政府对能源使用的规定。我们通过提供包括能源监控自动化、低功耗(处于活动或睡眠模式时)以及通用连接器等解决方案，帮助客户满足这些要求。
能源之星计划
能源之星(ENERGY STAR)标识计划是美国的一项倡议，旨在引导消费者选择能效更高的产品。产品必须达到美国环保署(EPA)或美国能源部(DoE)制定的严格能效标准，才能贴上能源之星的标签。由于能源之星产品使用的能源更少，可帮助消费者节省电费，并通过减少发电厂的有害排放来保护环境。该计划目前涵盖了冰箱、电视、办公设备、灯泡、热水器、电炉等家用电器。该计划还在不断扩展，计划将智能家居能源管理系统(SHEMS)纳入其中，这包括了智能恒温器和智能电动汽车充电器等设备。这些智能设备能够根据使用习惯提出高能效建议，并可依据房间或住宅是否有人自动控制智能家居设备。
欧盟能效指令
欧盟委员会于2012年首次采用了2012/27/EU指令，并在2018年和2023年进行了更新，要求欧盟成员国的场所到2030年将能耗降低11.7%。其理念是，任何插电设备都应尽可能地减少能耗，通过更高效地使用能源从而减少能耗，欧洲民众不仅能够降低能源开支，还能保护环境，减缓气候变化，提高生活质量，减少对外部石油和天然气供应商的依赖，以及支持欧盟经济可持续增长。这一指令还间接促进了对能够实时监测和优化能耗的解决方案的需求，有助于减少能源浪费和碳排放量。
USB-Type C端口
欧盟新颁布的指令2022/2380对2014/53/EU无线设备指令进行了修订，规定所有可连接的电子设备，如智能手机和笔记本电脑，都需配备USB-Type C接口，以实现“通用充电”。标准化USB-Type C充电接口使消费者能够使用任意USB-C充电器为不同品牌的设备充电，并在多个设备间共享充电器和电缆。这样不仅优化了消费者的使用体验，减少了因设备不同而产生的充电器和电缆混乱，还有助于减少环境污染，因为限制了更新设备而淘汰的充电器数量。该指令规定，所有智能手机必须在2024年12月前使用Type-C接口，所有笔记本电脑必须在2026年4月前达到该要求。
虽然欧盟的USB-Type C接口指令只在欧盟境内强制执行，其他地区也开始采纳类似规定。例如，印度已经要求所有电子设备在2025年3月之前必须使用Type-C作为标准充电端口。此外，在2023年，加利福尼亚成为美国第一个要求所有电子设备(包括笔记本电脑和手机)到2026年必须使用相同的USB-Type C电缆充电的州。
开创性的应用案例
我们不仅协助客户满足监管标准和实现政府设定的能源目标，还支持他们探索能效、自动化与可持续性交融的新领域，开拓创新的应用场景。
双向充电
目前，大部分电动汽车(EV)采用的是单向充电技术，即电能只能从电源流向电池。而双向充电则能实现电能从充电器到电池，及从电池到充电器的双向流动。电动汽车既是电能的消费者，也是电能的提供者。例如，电动汽车能够将电能回输至电网，协助电力公司更高效地管理地方电网，或在电价上涨或发生停电时为家庭供电。智能充电技术对于管理汽车的电能输入输出至关重要，可确保电能双向转换过程平稳无阻。作为汽车OEM和一级系统供应商的领先合作伙伴，我们已经提供了一系列电动汽车充电解决方案，并拥有创建灵活、高效双向充电解决方案所需的技术。
长期待机的电器
即使在关闭、待机或睡眠模式下，电子设备也可能继续耗电，这种“长期待机”的耗电量可能累积。例如，电视机等配备遥控器，等待接收信号并做出响应的设备，以及微波炉等带有数字显示屏(如时钟或LED状态灯)的设备。我们的高效AC/DC转换器和其他最小化设备空闲功耗的组件，可以帮助减少长期待机电器的影响。唤醒型设备
“唤醒型设备”处于“长期待机”状态，等待语音命令来启动操作。智能音箱、流媒体设备以及其他能响应语音指令的设备，在待机模式下可能消耗数瓦特的电力。考虑到有数百万家庭使用这类设备，累积的额外电力消耗是相当巨大。此外，由于这些设备的大部分语音处理工作是在能耗较高的云端数据中心完成的，因此功耗更是不容忽视。边缘计算利用应用处理器和其他组件来感知环境、理解命令并对输入做出反应，无需昂贵的云端数据传输，有助于减少这类设备的能源足迹。
交流/直流转换
电源插座通常提供交流电，而电子设备(及其电池)则通常使用直流电。这就意味着，每当我们将设备插入壁挂插座或通过壁挂插头给电池充电时，都需要进行交流电向直流电的转换。然而，每次转换都会有少量电能损失。我们的交流/直流转换解决方案针对能效进行了优化，并满足或超过了美国能源部(DoE)和欧盟合格证书(CoC)标准中所有适用的能源保护要求。
特定产品系列
我们已经提到了一些我们提供的自动化家居解决方案，这些方案通过增强自动化、提高能效或减少浪费来扩展电能的使用。我们更深入地了解一下这些解决方案的细节。
i.MX 8和i.MX 9应用处理器
恩智浦i.MX应用处理器是性能可扩展的多核平台，包括基于Arm®Cortex®架构的单核、双核和四核系列。它们支持高级图形、成像、机器视觉、音频、语音、视频和关键安全应用，并利用我们创新的Energy Flex架构来优化能源使用并帮助减少碳足迹。
在自动化家居领域，i.MX处理器支持高能效家电、安全系统和家居控制系统的开发。它们实现了真正的自动化，具有能感知环境并从我们的行动中学习或做出反应的功能，同时通过低功耗高端音频等功能，实现更沉浸式的体验。Energy Flex架构结合了异构域处理和精细的电源管理，以大幅减少每种应用模式的能源使用。不同的域负责不同的操作任务，如应用处理、实时功能或高速I/O，每个域都可以根据性能需求独立开启或关闭，从而大幅降低能耗。例如，实时域可为低功耗音频用例提供支持，其中音频可以在处理器其余部分关闭时运行。
针对自动化家居，i.MX 8系列推出了i.MX 8M Mini和i.MX 8M Nano处理器，它们提供多音频接口和低功耗处理能力。此外，系列中的i.MX 8M Plus具备显示、连接以及优化的处理能力与电能比例，而i.MX 8ULP处理器则是一款超低功耗设备，具备低待机功耗、快速唤醒时间，并支持高能效的常开显示屏。i.MX 8ULP处理器非常适用于智能面板、远程调光器和蓝牙音箱等电池供电设备。i.MX 9系列应用处理器在低功耗运行与处理、视觉、显示和连接需求方面平衡。i.MX 93和i.MX 8M Plus支持涉及摄像头、显示接口、视频监控和手势检测的视觉使能用例，即使在光线较暗的环境下也能保持良好性能。
PCA945x和PCA946x PMIC
专为i.MX 8和i.MX 9应用处理器优化的这些单芯片电源管理IC(PMIC)，确保大幅提升物联网和自动化家居设备的效率。PCA9450 PMIC系列与i.MX 8M Mini、i.MX 8M Nano和i.MX 8M Plus应用处理器搭配，而PCA9460 PMIC系列则与i.MX 8ULP处理器搭配。PCA9460还支持特殊模式，能够大幅降低系统的综合深度睡眠功耗(<0.2mW)，助力实现能源之星认证和绿色楼宇或家居的可持续发展目标。PCA9451A则与i.MX 91或i.MX 93应用处理器搭配。
开发人员选择众多，可以从不同的i.MX应用处理器和PCA94xx PMIC中挑选适合他们需求的组合。例如，他们可以优化自动化家居应用的成本，或者优化物联网应用静态电流(IQ)，后者指的是系统在待机模式下轻负载或无负载时的电流消耗。
TEA2xxx系列交流/直流转换器
恩智浦创新GreenChip电源产品组合可实现更智能、更小巧、更高能效的电源解决方案。TEA2xxx系列交流/直流转换器不仅适用于高能效电源，还能用于电池快充和适配器、系统保护器以及安全无线充电器等多样化的应用场景，兼容笔记本电脑、游戏设备、电视等多种终端设备。TEA2016/2017专为笔记本和游戏设备中的谐振式电源设计，具备功率因数校正(PFC)功能。TEA2376适用于平板电视，在各种负载/范围条件下(包括低负载条件下)与PFC高效交错运行，以满足能效标准，而TEA2220x是一种主动桥接解决方案，简化了交流至直流转换过程，并提高了整体效率。
USB-Type C端口解决方案
为配合USB-Type C端口向通用充电器的转型，我们推出了若干优化方案，不仅提升了效率，还缩短了开发周期。NX20P5090是一款20V过压保护负载开关(灌电流)，配备IEC浪涌保护，能够承受高达90V或100V的电压冲击；NX5P3363则是一款5V负载开关，带有过流保护(源)和IEC浪涌保护，能够承受高达+80V的电压冲击；NX20P3483是一款双向灌电流/源组合负载开关，提供全面保护。NX20P0407是一款用于CC和SBU信号的28V数据线保护器，而NX20PO477则是具备湿度检测和防腐蚀功能的28V数据线保护器。
无线连接
作为i.MX 8ULP处理器推荐的WiFi附件，IW416是一款高度集成的Wi-Fi 4和蓝牙5.2系统级芯片(SoC)，可实现低成本的连接解决方案。除了传统的蓝牙功能外，IW416还支持蓝牙5.2功能，包括低功耗(LE)传输、远程低功耗传输、2Mbps低功耗传输和定期传播同步传输(PAST)。
采取下一步行动
恩智浦为实现可持续自动化家居环境提供一系列解决方案，这些方案适当结合处理器、连接、电源管理以及其他关键组件，帮助您打造新一代的高能效设计。
恩智浦的高能效、低功耗应用处理器及系统优化解决方案致力于协助客户达成设计目标和能效要求。我们支持客户获取能效认证，并确保符合包括能源之星、欧盟能源指令和USB-Type C规定在内的各项政府法规。通过提供包括双向电能传输在内的高能效自动化家居方案，以及我们的Energy Flex架构，我们助力i.MX处理器在提高能效的同时，提供更有吸引力的家居体验。