输入功率怎样应用到智能家居中去？

如何让半导体器件在较小的封装中实现更高性能。

以输入功率保护电路为例，虽然其执行的任务不会直接影响用户体验，但简化该组件对优化设备的尺寸和制造成本至关重要。在下文中，我们将介绍TI的集成和分立解决方案，是如何最大限度地简化输入功率保护设计的。

智能音箱通过尖端的语音识别人工智能技术和高音质来持续提升我们的生活体验。当与其他的家庭自动化设备(如可视门铃、照明系统、恒温器和安保系统)配合使用时，智能音箱和智能显示器正迅速成为智能家居网络的控制中心。

为跟上不断增长的市场需求并保持领先地位，设计人员不仅需要为智能音箱增加功能和提升性能，还需要减小其尺寸并提高散热能力。如何让半导体器件在较小的封装中实现更高性能，将对减小电路板在空间受限的应用中的尺寸至关重要。

大多数电路板上集成了直接影响用户体验的关键组件，如片上音频系统、带触觉反馈的电容式触摸的人机接口控制器，以及LED驱动器引擎和D类音频放大器。智能音箱系统中的其他组件(如电源管理)执行的任务不会直接影响用户体验，但会影响尺寸和成本。设计人员可以在减小这些组件尺寸的同时，继续提升其性能。

一个特定的组件是输入电源保护电路，如图1所示。输入保护虽然有时在许多器件中被认为是理所当然的存在，但它是智能音箱中的一大关键电路，可防止在上电或连接不可靠的电源时损坏整个系统。智能音箱由外部AC/DC壁式适配器或内部开关模式电源供电。该电路可在发生故障时保护任何下游器件免受损坏。

图1：实现智能音箱典型功能的参考框图

输入电源的主要问题是不自然的高电压或电流事件。TI具有集成和分立解决方案，可应对过流保护(OCP)和过压保护(OVP)。

eFuse器件通常可以应对OCP和OVP，它通过集成MOSFET(功率金属氧化物半导体场效应晶体管)，以在这些故障事件下断开所有下游电路。eFuse器件还可在启动期间管理浪涌电流，确保系统电压以受控方式增加。TI TPS2595等器件采用2 mm×2 mm封装，可提供高达18 V/4 A的保护。

对于OCP，常见的分立实现涉及使用电流检测放大器，如INA185，其作用是测量分流电阻两端的电流。INA185的输出要么馈入模数转换器(ADC)以数字化测量值，要么馈入比较器以向微控制器提供即时警报。ADC路径可精确测量系统中的电流，但由于ADC的采样频率，会增加读取测量时的延迟。比较器路径快约1000倍(同时功率消耗更少)，但仅提供一个数字输出信号提示过流，而非实际的电流值。

ADC适用于需要精确测量电流的系统，且可灵活地动态更改限值。INA185具有优于±0.2%的满量程精度，是业界最小的带引线封装的电流检测放大器。该器件尺寸仅为1.6 mm×1.6 mm，非常适合需要优化电路板布局的小型化系统。