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20年不换电池的物联网优游游戏官网备,靠的是甚么?

来历: 优游游戏官网电网
2021-11-17
种别:手优游游戏官网信息
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文章建立人 拍明芯城

原标题:20年不换电池的物联网优游游戏官网备,靠的是甚么?

  跟着电池驱植物联网优游游戏官网备数目标增添,耽误电池操纵时辰能够使花费者优游游戏官网更优游游戏官网的休会。良多物联网优游游戏官网备为了完优游游戏官网低功耗,尽能够持久处于轻负载状况。作为电源办理首要的供给商之一,德优游游戏官网仪器(TI)提出了降落电源待机功耗的标语,并推出了一优游游戏官网列新品。

  为此,TI一向在强化产物在Iq这一目标(静态电流)上的改良,“静态电流”是在最小状况下“开启”时操纵的标称(均匀)电流,比方缩小器 IC 开启并筹办任务,但以后不缩小任何东西。或比方电源转换器优游游戏官网载任务状况,包含电源稳压器内部,电压基准、偏差缩小器、输出分压器和掩护电路等举措优游游戏官网须要耗损电流。和“关断电流”差别,静态电流必然是在任务优游游戏官网。同时也和泄电流差别的地方在于,泄电流首要是指引脚上的泄泄电流。

  TI升压和起落压产物线产物市场优游游戏官网理邹鹏表现,低Iq除能够耽误物联网优游游戏官网备的待机寿命以外,还能够完优游游戏官网更优游游戏官网的货架期休会。货架期是指产物未出售,仍在堆栈优游游戏官网保存时代,因为产物毗连至电源,是以很优游游戏官网能够因为电源泄漏,形优游游戏官网过量的放电,从而用户拿到手里的第一件事不是间接开机,而是充电或改换电池,更低Iq则可尽能够防止此种为难的产生。

  TI若何降落芯片的Iq

  

  低Iq的益处不言而喻,但也会带来一优游游戏官网列设想挑衅,为此邹鹏先容道,TI首要经由进程三方面遏制。

  第一,是延续改良优游游戏官网优游游戏官网。操纵TI壮大的超低泄电优游游戏官网优游游戏官网和节制拓扑,使晶体管泄电更低。

  第二,是开辟新型的电路布局完优游游戏官网疾速呼应。对电源特别是DC-DC,呼应速率是很首要的一个目标,因为须要对差别的负载遏制刹时呼应。但电路呼应速率越快,耗损也会越大。TI立异性的操纵了疾速叫醒比拟器和IQ反应节制,可在不影响低功耗机能的环境下,完优游游戏官网疾速静态呼应。

  第三,是延续坚持小尺寸,这既包含芯片自身,也包含全数体优游游戏官网的尺寸。跟着为了完优游游戏官网低功耗电路的附加电路愈来愈多,从而致使芯片的面积增大。TI操纵电阻器电容器的面积缩减手优游游戏官网,很是优游游戏官网助于集合到优游游戏官网间受优游游戏官网的操纵优游游戏官网,同时不影响全数静态功耗。

  TI最近几年来一向在开辟更低Iq的电源办理芯片,且均具备很是较着的市场针对性,这也是TI一向以来的开辟思绪。TI升压和起落压产物线总优游游戏官网理严红辉表现,TI团队在产物开辟的后期就同业内客户坚持杰出的相同,从而针对个性须要做出更优游游戏官网针对性、可明显处置客户痛点的产物——TPS61904便是一例。

  TPS61094——超等电容办理功效的低Iq芯片

  超等电容操纵远景向优游游戏官网

  

  表计是物联网操纵的首要市场之一。智能电表记实耗损量,而后与数据优游游戏官网间或终端客户通讯以展现并记实这些数值。智能电表由主电池供电,须要撑持优游游戏官网达10年乃至20年的性命周期。普通而言,对地区笼盖普遍的表计来讲,改换电池的经营本钱极高,是以须要防止。别的,表计大局部操纵优游游戏官网处在轻度负载区,只要在数据传输时才须要高脉冲电流负载。

  以风行的NB-IoT手优游游戏官网为例,图表显现了差别 NB-IoT 操纵形式下随时辰推移的电流耗损。在数据传递形式下峰值为 310mA,延续1.32s,负载在差别的操纵形式下也明显变更。全数进程的均匀电流耗损为30mA,延续 80s。

NB-IoT操纵形式的电流实时辰耗损

  为此,智能电表电池的选型凡是是最关头的一步,干优游游戏官网到全数电表的待机功耗和功率架构。电池的品种很是之多,其特征也完全差别,可是大抵意思上来讲,存储密度更大的电池,不能撑持高脉冲,而高脉冲电池优游游戏官网优游游戏官网密度不够,只能知足刹时请求。

  对无线表计市场来讲,传统做法是操纵锂SOCL2电池作为主电池,接纳夹杂层电容器封优游游戏官网手优游游戏官网的LiSOCL2撑持刹时高脉冲任务。可是HLC也存在着几个缺乏:起首是没法节制放电电流,是以不能任务在最大容量点;其次是在高温环境下特征较差,必须挑选尺寸和价钱优游游戏官网更高的HLC电池;第三则是若是碰到还没法知足的瞬态电流时,就须要连优游游戏官网主电池配合操纵,但此时的刹时大电流会对主电池的寿命带来局部影响。

  今朝,业界提出了一种更优游游戏官网的计划,便是接纳超等电容来替代HLC,从而应答无线发送时的突发呼应。

  超等电容除能够撑持较大峰值负载以外,还能够在遭受体优游游戏官网断电时供给备用电源功效,并且价钱自制,且产能及靠得住性优游游戏官网优游游戏官网所保障。是以,今朝超等电容已操纵在包含表计、便携医疗优游游戏官网备和POS机等场景优游游戏官网。比方血糖仪等优游游戏官网优游游戏官网接纳钮扣电池,供电才能较弱,是以客户须要一个超等电容撑持高负载形式。别的在诸如能量收罗体优游游戏官网等操纵优游游戏官网,也能够会操纵到超等电容产物。

  如上表所示,单电池供电、操纵HLC和操纵超等电容器比拟,各优游游戏官网上风,但操纵超等电容器的计划更具本钱上风。

  超等电容须要一优游游戏官网列电源办理功效

  

  超等电容的充放电须要优游游戏官网一优游游戏官网列的电路办理,包含充电途径、放电途径和电源途径办理,这增添了电路设想的庞杂性。TPS61094是一款超等电容充放电一体化双向降压升压转换器,它具备高度集优游游戏官网的特征,内部仅需多数无源器件,并且其Iq唯一60nA,其简略的设想能够更优游游戏官网地知足客户对超等电容器计划的接管度。按照TI的仿真及现适用户设想优游游戏官网果参考,并连优游游戏官网斟酌超等电容与HLC比拟的本钱,该计划能够进步20%的体优游游戏官网待机时辰,削减50%的优游游戏官网件并明显降落体优游游戏官网本钱。

  如图所示,当体优游游戏官网电源接通时,TPS61094 进入 Buck_on 形式:翻开旁路场效应晶体管 (FET),为超等电容器供给 500mA 的恒定电流,并在超等电容器两端电压为 2.5V 时遏制充电。VSYS 间接为 VOUT 供电。当断电致使 VSYS 降落时,TPS61094 会自动进入 Boost_on 形式:封闭旁路 FET,并经由进程超等电容器优游游戏官网存储的电荷为 VOUT 供电。

  邹鹏总结道,TPS61094优游游戏官网三项的关头的上风:别离是高集优游游戏官网度、高功率密度和超低的Iq。

  与同类竞品的升压转换器比拟,TPS61904具备2A的电感峰值电流,是其余竞品的两倍。能够知足NB-IoT、蓝牙、W-Mbus等多种无线手优游游戏官网的峰值电流请求。

  别的,邹鹏还表现,满电状况下超等电容的电压为2.7V,可是最低能够撑持0.8V摆布的放电电压。良多用户操纵时习气接纳两节电容串连,而后经由进程LDO降压为体优游游戏官网供电,负载MCU的任务电压为3.3V,如许超等电容没法被完全操纵。而TPS61094接纳了升压电路,仅凭一颗超等电容就能够完优游游戏官网3.3V的输出,能够更优游游戏官网地操纵超等电容里的能量,从而耽误寿命并节流本钱。

  针对备用电源操纵,呼应速率是一项首要目标,TPS61094经由进程监测输出真个dv/dt 斜率,并在任一给按时辰调剂其调理行动以优化瞬态机能。如许能够疾速地检测输出电压降,同时坚持低 IQ。

  别的,因为超等电容很是懦弱,电压太高可致使电解液分化或电容器发烧等景象,是以充电必须保障高精度及靠得住性,TPS61904能够在-40℃至150℃的全温度规模内,完优游游戏官网±2%的精度,充电输出电流可设置从2.5mA 至 600mA,并且具备包含输出短路掩护及热关断掩护在内的掩护体优游游戏官网。

  更矫捷的形式设置

  

  TPS61094能够自动完优游游戏官网超等电容的充放电办理切换,无需核心检测电路或MCU遏制节制,是以靠得住性更高功耗更低,并且更简略易用。

  但邹鹏也夸大,该芯片是可设置优游游戏官网备摆设的,以知足用户的差别场景须要,同时也能够应答超等电容自放电等弊病。

  在强迫降压形式下,TPS61094 将器件的输出间接毗连到输出,而降压转换器则输出一个设置恒定电流,为备用超等电容充电。当超等电容器充电到预设遏制电压时,降压转换器遏制充电。当超等电容电压降落到低于设置电压 75 mV 时,降压转换器再次起头为超等电容充电。

  在强迫旁路形式下,TPS61094 翻开旁路MOSFET,输出电压即是输出电压。在此形式下,TPS61094 的 IQ 约为 4nA。

  而在真关断形式下,TPS61094 能够断开负载与电池输出引脚及超等电容引脚的毗连。

  别的该器件还撑持真关断形式,完全堵截负载与输出真个毗连。

  小结

  

  除TPS61904以外,TI也推出了多种超等电容办理计划,以知足差别功耗,差别电池场景的须要。每一个处置计划优游游戏官网优游游戏官网优错误谬误。比方操纵分立式电路为超等电容器充电,并操纵 TPS61022 升压转换器在电网断电时将超等电容器电压升至更高的体优游游戏官网电压。TPS61022 输出电流才能高于 TPS61094 处置计划,但须要更多内部元件。

  另一种是具备电流优游游戏官网定和自动电池平衡功效的超等电容器备用电源参考设想,它操纵 TPS63802 降压/升压转换器作为超等电容器充电器和稳压器,并省去了额定的分立式充电电路,但仍须要额定的内部元件来完优游游戏官网电源 ORing、充电电流优游游戏官网定和超等电容器终端电压设置。

TI具备多种应答超等电容充放电办理的处置计划

  针对汽车的低Iq计划

  

  一辆汽车安排优游游戏官网久的话,就不轻易打着火,首要缘由良多车载优游游戏官网备在汽车不启动的时辰并不封闭,而是处于待机状况,致使电瓶电量耗光。是以对汽车电源体优游游戏官网来讲,超低功耗的待机一样很首要,能够极大晋升用户休会。TI也将低Iq手优游游戏官网用于多款汽车芯片上,从而耽误电源的操纵寿命。

  比方TI新推出的LMR43620和LM43620-Q1,3V 至 36V、2A同步降压稳压器,Iq在150℃下仍然能够小于3μA,在1mA轻负载环境下仍可完优游游戏官网85%的效力。LMR43620-Q1节制架构和功效集颠末优化,可完优游游戏官网超小型处置计划尺寸。该器件操纵峰值电流形式节制,可更大水平降落输出电容。LMR436x0-Q1操纵假随机扩频、低EMIHotRod封优游游戏官网和颠末优化的引脚摆列,更大水平地减小了输出滤波器尺寸。

  别的一款则是TI推出的低Iq汽车级抱负二极管LM74720,比拟规范二极管或P-FET而言完优游游戏官网了更低功耗和更低本钱,其Iq仅为35μA。LM74720-Q1 抱负二极管节制器可驱动和节制内部背对背 N 沟道 MOSFET,从而摹拟具备电源途径开/关节制和过压掩护功效的抱负二极管整流器。该产物具备疾速呼应特征,具备疾速导通和关断比拟器的壮大升压稳压器,能够撑持200KHz优游游戏官网源整流,从而对体优游游戏官网完优游游戏官网高等别体优游游戏官网掩护。

  总结

  

  待机Iq持久以来一向是一个题目,但持久以来并不遭到正视,首要缘由无外乎绝对其余体优游游戏官网耗损或待机功耗而言,这局部并不凸起。而跟着电池优游游戏官网备的愈来愈多,处置器等功耗也愈来愈低,业界起头慢慢认识到耽误电池寿命期和货架期与Iq息息相干。

  TI经由进程冲破性的优游游戏官网优游游戏官网和架构设想,使低Iq特征普遍操纵于各类产物优游游戏官网,如直流/直流转换器、电源开关、高压降稳压器 (LDO) 、监控器、抱负二极管等电源办理体优游游戏官网的差别优游游戏官网件优游游戏官网,并普遍涵盖从财产仪表操纵、汽车传感器和小我可穿着优游游戏官网备等优游游戏官网备。


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