讓您的小型資產(chǎn)跟蹤器使用壽命更長

本設計方案回顧了典型的資產(chǎn)跟蹤方案，展示了MAX3864x nanoPower降壓轉換器系列如何以其高效率和小尺寸在小型便攜式產(chǎn)品中實現(xiàn)更長的電池壽命。

介紹

新的低功耗數(shù)據(jù)連接由于其低部署成本而引發(fā)了資產(chǎn)跟蹤解決方案的激增。這些影響可以在多種應用中看到，特別是運輸和供應鏈管理。

在典型應用中，傳感器從給定位置提供更新，傳輸有關溫度、濕度、壓力和運動的數(shù)據(jù)。傳感器只需要傳輸少量數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更高的覆蓋范圍和超低功耗，從而延長設備壽命。傳感器的電池必須持續(xù)數(shù)周到數(shù)年。資產(chǎn)跟蹤， 取決于應用程序， 可能需要部署多個跟蹤器設備.因此，這些資產(chǎn)跟蹤器設備還必須小巧、便攜且具有成本效益。

在本設計解決方案中，我們討論了典型的電池供電資產(chǎn)跟蹤器器件遇到的電源管理挑戰(zhàn)，并展示了一個使用小型高效降壓轉換器的示例。

邊緣到企業(yè)通信

被跟蹤的資產(chǎn)通過信標傳輸數(shù)據(jù)， 信標通過專用蜂窩網(wǎng)絡到達服務器.從這里，數(shù)據(jù)到達企業(yè)門戶進行資產(chǎn)管理和分析。

在工廠環(huán)境中，資產(chǎn)跟蹤將設施、車隊設備和維護的管理整合到一個平臺中，從而提高了安全性、生產(chǎn)力并延長了資產(chǎn)壽命。

資產(chǎn)跟蹤網(wǎng)絡

新一代信標直接連接到專用蜂窩網(wǎng)絡 （LTE-M， NB-IoT）， 無需使用藍牙與網(wǎng)關通信.這些技術可能非常不同，但都具有低功耗的特點，可實現(xiàn)數(shù)年的電池壽命（表 1）。?

典型資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)

圖 2 顯示了一個典型的資產(chǎn)跟蹤器框圖。三系堿性電池提供2000mAh的電量。降壓穩(wěn)壓器為板載控制器、傳感器和無線電供電。

圖2.資產(chǎn)跟蹤器框圖。

對于要求苛刻的資產(chǎn)跟蹤應用，系統(tǒng)必須使用 3 節(jié)堿性電池持續(xù)使用一年，深度睡眠時僅消耗 100μA 電流，每天傳輸一次 100mA 電流，持續(xù)約 2 分鐘（圖 3）。雖然確實，根據(jù)LTE-M或NB-IoT資產(chǎn)跟蹤器支持的功率水平和其他選項，電流可能會更高，但對于我們的討論，我們將堅持100μA至100mA范圍。

圖3.資產(chǎn)跟蹤器當前配置文件。

高使用性能需要仔細選擇每個模塊，以實現(xiàn)最低功耗。降壓穩(wěn)壓器必須在 100μA 至 100mA 的寬范圍內保持高效。例如，降壓轉換器平均效率損失 4%，這意味著現(xiàn)場部署減少約兩周。

超低靜態(tài)電流

降壓轉換器的靜態(tài)電流尤其重要，因為該器件大部分時間處于深度睡眠或安靜模式，功耗僅為100μA或更低。與 V外= 1.8V，深度睡眠時的輸出功率為P外= 1.8V × 100μA = 180μW。= 90%，輸入功率為：

p在= 180μW/0.9 = 200μW

如果不仔細選擇降壓轉換器，并且具有3μA的典型靜態(tài)電流和3.6V輸入電壓，則額外的功耗為：

P'在= 3μA × 3.6V = 10.8μW

最終降壓轉換器效率為：

?= P外/（P在+ P'在） = 180/（200 +10.8） = 86%

3μA 的靜態(tài)電流使降壓轉換器失去了 4 個效率點，從而顯著加快了電池耗盡速度！

另一方面，靜態(tài)電流為300nA的降壓轉換器幾乎不會降低效率，僅降低半個百分點。對于資產(chǎn)跟蹤應用，選擇具有超低靜態(tài)電流的降壓轉換器至關重要，因為系統(tǒng)大部分時間都處于“安靜”模式并依賴電池。

毫微功耗降壓轉換器

作為高效率的一個例子，圖4所示的nanoPower超低靜態(tài)電流降壓DC-DC轉換器采用1.8V至5.5V輸入電壓工作，支持高達175mA的負載電流，峰值效率為96%。在休眠模式下，它僅消耗 5nA 的關斷電流。該器件采用節(jié)省空間的 1.42mm × 0.89mm 6 引腳晶圓級封裝（2 x 3 凸塊 WLP，0.4mm 間距）。如果根據(jù)NB-IoT或LTE-M網(wǎng)絡中的功率水平需要更高的電流，則姊妹器件可以提供更高的電流。

圖4.集成降壓轉換器。

體積小

毫微功耗降壓轉換器的應用尺寸如圖5所示。得益于其WLP封裝、高開關頻率操作和小的外部無源器件，降壓轉換器的凈PCB面積僅為7.1mm2.

圖5.資產(chǎn)跟蹤器降壓轉換器應用（7.1mm2凈面積）。

效率優(yōu)勢

圖6顯示了具有3.6V輸入和1.8V輸出的降壓轉換器的效率曲線。高負載下的同步整流以及輕負載和超輕負載下的脈沖操作可確保在寬工作范圍內實現(xiàn)高效率。

該 IC 在 100μA 時具有 87.5% 的高效率工作電流，在 100mA 時具有 92% 的效率，是資產(chǎn)跟蹤應用的理想選擇。與其他解決方案相比，該降壓轉換器具有多個效率點的優(yōu)勢。

圖6.MAX38640A效率曲線

高效率和更小占地面積的好處齊頭并進，從而減少熱量產(chǎn)生。這有助于設計更小、更冷的資產(chǎn)跟蹤器，減輕設備過熱的擔憂。

結論

資產(chǎn)跟蹤器，根據(jù)其具體應用，必須在現(xiàn)場運行數(shù)周到數(shù)年，僅由小型電池供電。這種類型的操作需要仔細選擇每個模塊，以實現(xiàn)最小的功耗。降壓穩(wěn)壓器必須在數(shù)十微安至數(shù)百毫安的寬輸入電流范圍內高效工作。MAX3864x 毫微功耗降壓轉換器系列具有高效率和小尺寸，為資產(chǎn)跟蹤應用提供理想的電源方案。

審核編輯：郭婷