電源是安裝電子鎖等門禁控制系統的關鍵挑戰。能夠從環境中為這些設備供電，可以降低成本，簡化集成和安裝，并且通過消除切斷電源的脆弱性，可以使整個系統更加安全。本文著眼于使用能量收集和電源管理的選項，為連接到物聯網的加密無線訪問控制系統提供電源，特別關注太陽能。

為電源提供電源。門禁系統是智能建筑改造的關鍵限制因素。必須上下運行電力電纜既復雜又昂貴，系統架構師正在尋找為智能系統提供電力的不同方法。必須定期更換數千個門鎖中的電池是昂貴的，并且在許多情況下是不切實際的。

相反，能量收集提供了在沒有大量布線的情況下提供電力的機會，但在安裝和系統設計方面存在一些關鍵因素，具體取決于能源。

用于門禁控制的兩種最合適的能量收集技術是太陽能和熱能。雖然這些電流產生相對較小的電流，但這適用于訪問控制，其中需要小的突發電源來授權訪問 - 通常通過無線鏈接或卡刷卡 - 并從捕獲和存儲的電流中釋放鎖定。返回監控網關的無線鏈路還提供更高的安全性，并且可以用于在電源被切斷或未經授權嘗試進入時觸發警報。使用具有無線鏈路的能量收集方法消除了對昂貴的電纜基礎設施的需要并簡化了這種系統的改造。

對于外門，使用珀耳帖效應可以利用能源來利用溫差。這利用了金屬的不同電氣和熱性能，使得Peltier發動機，例如Laird Technologies（圖1）的WPG-1，可以安裝在門中或通過一側比另一側更暖的壁上。然后，這產生可用于給電池充電以給門禁系統供電的電流。

WPG-1是一款獨立的薄膜熱電發電機，可以收集廢熱并將其轉換為可用的輸出直流電。一個WPG-1可以產生高達1.5 mW的可用輸出功率，并且可以處理各種負載電阻。內置超低壓升壓轉換器，可在低于20°C的低溫差下提供可用的輸出功率?？梢哉{節輸出功率以適應三個電壓設定點：3.3 V，4.1 V或5.0 V.

圖1：WPG-1能量收獲發電機可以從溫差產生高達1.5 mW的功率。

需要一個本地電池來捕獲和平滑來自源的電流，這可能是非常多變的，但也是為了安全。即使切斷電源，訪問控制系統也需要保持可用，因此使用本地電池比直接由電源供電的系統具有優勢。

然而，可以為門禁系統收獲的主要電力來源很少。使用太陽能電池板為系統提供電力是經濟有效的，可以使用自然光或人造光。今天的能量收集面板和電源管理可以跟蹤最佳充電速率，以最大限度地減少損耗，并盡可能多地保留捕獲的電流，以用于無線鏈路和訪問授權。

EnOcean的入門套件（圖2） ）旨在為工程師提供探索自供電無線技術性能的工具。

圖2：EnOcean的入門套件允許設計人員評估由太陽能電池供電的無線接入控制器的不同架構。

該套件包括用于門禁控制系統的開關的機電發電機以及太陽能傳感器。由自加電開關和傳感器發送的315MHz的RF信號由USB加密狗接收，以在PC屏幕上可視化。 DolphinView Basic軟件解釋EnOcean無線電報，演示如何使用搖臂開關產生的電力，無需電池即可實現無線遙控器。該系統還支持太陽能電池為無線鏈路供電。

Panasonic的Amorton非晶太陽能電池可提供5.3μA至84μA的室內光，或5 mA至115 mA的室外光。電池采用玻璃封裝，用于最基本的基板，或者作為薄膜，可以輕松添加到任何結構中以提供電力。通過備用電池，可以輕松添加基于薄膜的電池，而無需擔心布線或安全性。由于權重不是問題，可以根據訪問控制系統所需的功率量來確定單元陣列的大小。對于室外系統，這當然可以更小，但室內系統也可以使用相同的技術，為系統設計師創造規模經濟。

圖3：Panasonic的Amorton太陽能電池在不同環境下使用玻璃或塑料薄膜基板。

太陽能電池板和Peltier發動機都需要專門的電源管理設備來捕獲電流并管理電池供電凌力爾特公司的LTM8062是一款完整的微功率跟蹤電池充電器，可提供恒定電流/恒定電壓充電特性。它使用3.3 V浮動電壓反饋參考，因此LTM8062的任何所需電池浮動電壓可高達14.4 V，可通過電阻分壓器進行編程。

這是通過輸入電壓調節環路實現的，如果輸入電壓低于編程電平（通過電阻分壓器設置），則可以降低充電電流。該輸入調節回路用于使用最大峰值功率跟蹤（MPPT）算法將太陽能電池板維持在峰值輸出功率。

典型的太陽能電池板由多個串聯電池組成，每個電池是一個正向偏置的pn結。因此，電池的開路電壓具有與普通p-n二極管類似的溫度系數，或約-2mV/℃。晶體太陽能電池板的峰值功率點電壓（VMP）可以近似為低于V的固定電壓，因此峰值功率點的溫度系數類似于開路電壓的溫度系數。面板制造商通常會為這兩個值指定25°C，因此帶有溫度傳感器的反饋網絡可用于對電壓輸入進行編程，以跟蹤最大峰值功率，從而獲得最有效的功率轉換，因為更多光線落在單元上熱。

LTM8062還包括預處理涓流充電，以便可以從太陽能電池的少量電流中不斷但安全地對電池充電，以及電池檢測不良以簡化維護和維修。

同樣，德州儀器（TI）的bq25504專門設計用于從太陽能或熱源中有效地獲取和管理納米功率，這些太陽能或熱源在3 x 3 mm封裝中產生微瓦至毫瓦。 bq25504的設計始于DC-DC升壓轉換器/充電器，僅需要微瓦的電源即可開始工作。一旦啟動，這可以有效地從低壓輸出收集器（例如熱電發電機或太陽能電池板）提取電力。升壓轉換器可以在低至330 mV的電壓下啟動，一旦啟動，可以繼續將能量降至80 mV。

bq25504還實現了可編程MPPT采樣網絡，以優化電源轉換裝置。對VIN_DC進行采樣時，使用外部電阻對開路電壓進行編程，并使用外部電容進行保持。對于工作在其開路電壓的80％的最大功率點（MPP）的太陽能電池，電阻分壓器可以設置為VIN_DC電壓的80％，并且網絡將控制VIN_DC在該采樣的參考電壓附近工作?；蛘?，微控制器MCU可以提供外部參考電壓，以產生更復雜的MPPT算法。

圖4：bq25504的功能框圖顯示了最大峰值功率跟蹤（MPPT）控制器在太陽能電池中獲取功率的關鍵作用。

為了防止損壞電池，可以根據用戶編程的欠壓（UV）和過壓（OV）電平監控最大和最小電壓，并且電源管理器可以在電池上的電壓時向連接的微控制器發出信號降至預設臨界水平以下。該警告應觸發負載電流的減小，以防止系統進入欠壓狀態，但在設計門禁系統時必須予以考慮。

結論

電源管理芯片的集成意味著許多不同類型的能源可用于無線訪問控制系統，為系統實施提供了極大的靈活性，并大大減少了需要復雜的布線基礎設施。然而，采集源的選擇仍然是系統設計者的關鍵考慮因素。使用內部或外部太陽能電池或熱能將具有不同的電源管理考慮因素，從溫度補償和跟蹤到欠壓和過壓監控。由于欠壓條件而導致門禁控制系統關閉并不是一個積極的情況，設計人員需要特別注意電源管理要求，以便從他們的能量收集設計中獲得最大收益。