物聯(lián)網(wǎng)(IoT)邊緣節(jié)點(diǎn) – 解決電池10年使用壽命問(wèn)題

從智能家居、可穿戴設(shè)備和樓宇自動(dòng)化等新興應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，由電池供電的無(wú)線應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)內(nèi)增長(zhǎng)最快的細(xì)分市場(chǎng)之一。這趨勢(shì)由消除所有線束連接的需求推動(dòng)，無(wú)論是聯(lián)接還是供電，線束往往限制了它們的采用。例如，用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)、智能城市和可穿戴等的遙感，如果經(jīng)有線或墻上插座供電，沒(méi)有電池的靈活性和易用性，就不可能實(shí)現(xiàn)。

一個(gè)明顯的缺點(diǎn)是需要頻繁更換電池，這是不切實(shí)際、昂貴和不方便的。為解決這個(gè)問(wèn)題，大多數(shù)制造商的目標(biāo)是將他們?cè)O(shè)備的電池使用壽命延長(zhǎng)到10年。甚至還有人探索用能量采集方案來(lái)替代能源的方法。

實(shí)現(xiàn)10年電池使用壽命的一個(gè)常見(jiàn)技術(shù)是利用IoT設(shè)備大部分時(shí)間未使用的事實(shí)，只需要支持小數(shù)據(jù)有效載荷很少頻率的無(wú)線電傳輸。在大多數(shù)情況下，傳感器測(cè)量也很少。農(nóng)業(yè)傳感器節(jié)點(diǎn)是個(gè)例子，它需要少量傳感器測(cè)量，如每天的溫度和濕度，然后每天向網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。就電池使用壽命而言，這是很重要的，因?yàn)殡姵氐拇蟛糠蛛娔苁窃谑褂盟{(lán)牙低功耗、Wi-Fi或Sub-Ghz傳輸或接收數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的，這取決于所使用的傳感器類型。當(dāng)IoT節(jié)點(diǎn)沒(méi)有發(fā)射或傳感時(shí)，它將大多處于空閑或低功耗模式，僅需電池提供極低功率。在大多數(shù)用例中，設(shè)備處于有源模式的時(shí)間百分比(稱為占空比)很容易小于1%，這意味著在其余99%的情況下，它處于低功耗模式。因此，這些耗電任務(wù)的頻率不高，可以顯著降低功耗，并有助于延長(zhǎng)電池使用壽命。

這說(shuō)明系統(tǒng)將運(yùn)行在兩種不同的模式：

有源模式: 數(shù)據(jù)傳輸和高功率傳感

低功耗模式: 系統(tǒng)處于閑置模式或低功耗傳感

電池電流方面，有源模式需要約幾十毫安(mA)，而低功耗模式只需要微安培(µA)，相當(dāng)于有源模式的1/1000到1/10,000。

傳統(tǒng)的高能效方案如開(kāi)關(guān)，不一定提供對(duì)這類應(yīng)用的最佳功率調(diào)節(jié)。而電池使用壽命可通過(guò)低功耗模式的靜態(tài)電流來(lái)優(yōu)化，因?yàn)檫@是系統(tǒng)大部分運(yùn)行時(shí)間所耗。

我們的雙模低壓降穩(wěn)壓器(LDO) NCP171，具有極佳的50 nA靜態(tài)電流，設(shè)計(jì)用于這種低占空比IoT系統(tǒng)。NCP171具有創(chuàng)新的雙模結(jié)構(gòu)，為兩種不同的工作模式-有源和低功耗-提供最佳性能。這意味著有源模式下非常低的噪聲、快速調(diào)節(jié)，以確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸和關(guān)鍵的傳感，同時(shí)提供低功耗模式下的超低Iq以延長(zhǎng)電池使用壽命。這兩種LDO模式可通過(guò)切換專用ECO引腳來(lái)選擇。

在有源模式下，NCP171提供達(dá)80 mA的負(fù)載電流，具有可靠的射頻傳輸所需的出色的噪聲和動(dòng)態(tài)性能，以及精確傳感所需的極低噪聲性能。在低功耗模式下，NCP171在5 mA負(fù)載下的靜止電流極低，僅為50 nA，從而使電池使用壽命顯著增加。

NCP171還可在切換到低功耗模式時(shí)內(nèi)置電壓偏移，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)功耗，從50 mV到200 mV不等。