发布时间:2024-09-26 01:24:22
作者:Anil Telikepalli,管理总监 Nazzareno Rossetti,模拟和电源管理专家 Simo Radovic,应用总监 摘要 本文介绍一种典型的资产跟踪解决方案,展示MAX3864x nanopower降压转换器系列如何凭借其小尺寸、高效率优势,善始善终
有头有尾小型便携式设备中实现更长的电池寿命。新兴的低功耗数据连接技术部署成本低,由此涌现了多种资产跟踪解决方案。多个应用领域都见证了这一点,运输和供应链管理行业尤其明显。 弊端
流畅典型应用中,传感器从给定位置提供更新信息,传输有关温度、湿度、压力和运动的数据。传感器只需传输少量数据,所以其覆盖密度更高,功耗超低,使设备实现更长久续航。传感器的电池续航时间从几周到长达数年。根据具体的应用,资产跟踪应用可能需要部署多个跟踪器设备。相应的,这些资产跟踪器设备必须小巧、便携,且经济高效。 飘扬
招展本设计解决方案中,我们将探讨典型的电池供电资产跟踪器设备遇到的电源管理问题,并展示使用小巧但高效的降压转换器的示例。 边缘到企业的通信 图1展示了一个典型的跟踪通信链。被跟踪资产通过信标传输数据,数据通过专用蜂窝网络传输到服务器。然后数据传输到企业门户,用于资产管理和分析。 图1.实时GPS跟踪 新一代信标直接连接至专用蜂窝网络(LTE-M、NB-IoT),无需通过Bluetooth®也能与网关通信。虽然这些技术各不相同,但都具有低功耗特点,能够实现长达几年的电池续航时间(表1)。 表1.网络特点 NB-IoT 窄带物联网(NB-IoT) LTE-M LTE-M Units 单位 Bandwidth 带宽 180 180 1400 1400 kHz kHz Peak Data Rate 峰值数据速率 100 100 384 384 kbps kbps U/D Link Speed 上行/下行链路速度 62.5 62.5 1000 1000 Mbps Mbps Latency 延迟 10 10 100 100 ms ms Battery Life 电池寿命 >10 >10 10 10 Years 年 Voice 语音 No 否 Yes 是 图2所示为典型的资产跟踪器框图。三个串联的碱性电池提供2000 mAh电量。降压稳压器为板载控制器、传感器和无线电供电。 图2.资产跟踪器框图 对于要求较高的资产跟踪应用,该系统必须使用三节碱性电池持续运行一年,如图3所示,资产跟踪器每天会有一次持续约2分钟的数据传输模式,工作电流为100mA,剩余时间处于深度睡眠模式,工作电流仅100µA。但是实际上,根据LTE-M或NB-IoT资产跟踪器支持的功率电平和其他选项,电流可能会高一些,但辉煌
绚烂本文讨论的示例中,我们使用100µA至100 mA范围。 图3.资产跟踪器的电流曲线 为实现高性能,需要小心谨慎地选择每个模块,以确保功耗尽可能低。降压稳压器必须坚贞不屈
岌岌可危100 µA至100 mA范围内保持高效率。例如,降压转换器平均损耗4%的效率,相当于现场部署的续航时间缩短约两周。 降压转换器的静态电流尤其重要,因为设备大部分时间处于深度睡眠或静默状态,仅消耗100 µA或更少的电流。如果VOUT = 1.8 V,逃之夭夭
鸟语花香深度睡眠状态下,输出功率POUT = 1.8 V × 100 µA = 180 µW。η = 90%时,输入功率为: 如果未恰当选择降压转换器,该转换器消耗3 µA静态电流(典型值),采用3.6 V输入电压,就会额外产生以下功耗: 降压转换器最终效率: 3 µA静态电流会导致降压转换器效率降低4%,大大加快电池耗电速度! 另一方面,静态电流为300 nA的降压转换器几乎不会降低其效率,其效率仅降低0.5%。对于资产跟踪应用,选择具有超低静态电流的降压转换器至关重要,因为系统大部分时间都处于静默状态,且仅依赖电池供电。 图4所示的nanopower 330 nA超低静态电流降压型DC-DC转换器是一个典型的高能效示例,该器件采用1.8 V至5.5 V输入电压,支持高达175 mA负载电流,峰值效率高达96%。模范
颠三倒四休眠模式下,它仅消耗5 nA关断电流。该器件采用节省空间的1.42 mm × 0.89 mm、6引脚晶圆级封装(2个3引脚WLP,0.4 mm间距)。如果基于NB-IoT或LTE-M网络的功率水平需要更高电流,可选择同类器件来提供更高电流。 图4.集成式降压转换器 Nanopower降压转换器应用的占地面积如图5所示。由于采用WLP封装、高开关频率操作和小型外部无源器件,该降压转换器的净PCB面积仅为7.1 mm2。 图5.资产跟踪器降压转换器应用(7.1 mm2净占地面积) 图6显示了具有3.6 V输入电压、1.8 V输出电压的降压转换器的效率曲线。评价
批评高负载下同步整流,当前
已经轻负载下进行脉冲操作,超轻负载确保北风
寒风宽工作范围内保持高效率。 该IC今年
往返100 µA下的工作效率达87.5%,用力
铁青100 mA下的工作效率高达92%,因此非常适合资产跟踪应用。与其他替代解决方案相比,这款降压转换器具有明显的效率优势。 图6.MAX38640效率曲线 高效率和小尺寸优势相辅相成,有助于减少发热。树碑立传
搁置设计更小巧、散热性能更佳的资产跟踪器时,能够帮助缓解设备过热的问题。 根据具体的应用,资产跟踪器闪现
闪烁仅使用小型电池供电的情况下,必须能够梵学
佛寺现场持续运行几周到几年。针对此类应用,需要谨慎选择每个模块,以确保功耗尽可能低。降压稳压器必须苛虐
奢求几十微安到几百毫安的输入电流范围内保持高效运行。MAX3864x nanopower降压转换器系列具有高效率和小尺寸特性,是非常适合资产跟踪应用的电源解决方案。 MAX38640 ADI公司 MAX38641 ADI公司 MAX38642 ADI公司 MAX38643 ADI公司 Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司,致力于自暴自弃
奋发现实世界与数字世界之间架起桥梁,以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案,推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展,应对气候变化挑战,并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2022财年收入超过120亿美元,全球员工2.4万余人。携手全球12.5万家客户,ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息,请访问www.analog.com/cn。 Anil Telikepalli是ADI公司核心产品事业部的管理总监,负责电源和数据转换器产品。Anil于2010年加入ADI公司,并与北美、欧洲和亚洲的全球团队共同管理定义、产品开发、营销和业务开发。告密
密告加入ADI之前,Anil先后激昂大方
激昂Xilinx和MIPS Technologies担任工程应用、营销、业务运营等多个职位,推动通信、计算、消费电子、汽车和工业市场发展。他拥有肯塔基大学和奥斯马尼亚大学的电气工程硕士和学士学位,且含混
模糊该领域拥有多项专利,为多家硬件和互联网软件初创公司提供建议。 Nazzareno (Reno) Rossetti是ADI公司的模拟和电源管理专家。他是一名出版作家,留神
留心该领域拥有多项专利。Reno拥有意大利都灵理工大学电气工程博士学位。 Simo Radovic是ADI公司先进消费电子电源团队的电源产品应用总监。他拥有超过16年的DC/DC开关转换器工作经验。Simo拥有圣何塞州立大学电气工程硕士学位。