在完成制造之后，許多IoT節(jié)點(diǎn)設(shè)備保持在關(guān)斷模式，通常存放在貨架上，直到被賣出并打開使用。這些設(shè)備在其壽命期內(nèi)的大部分時(shí)間處于待機(jī)模式，定期執(zhí)行某些動(dòng)作或?qū)⑤敵鰝鬏斨猎贫?。?duì)于可穿戴健身監(jiān)測(cè)設(shè)備，用戶在訓(xùn)練時(shí)穿戴的時(shí)間跨度相對(duì)較短，尤其如此。鑒于此，就有必要探索改進(jìn)設(shè)備處于被動(dòng)模式時(shí)的節(jié)電途徑。

 

系統(tǒng)設(shè)計(jì)者根據(jù)中央控制單元(例如微控制器)的工作、睡眠和休眠電流計(jì)算電池壽命。相關(guān)的傳感器和無線電也與微控制器一起協(xié)同工作。當(dāng)然，電源為系統(tǒng)中的所有功能電路供電，也至關(guān)重要。雖然工作耗流是延長(zhǎng)電池壽命的重要因素，但工作時(shí)間最終受各種電源模式下所消耗的時(shí)間量的影響。如果休眠和深度休眠功能占據(jù)較多的時(shí)間，每個(gè)元件的待機(jī)電流就至關(guān)重要。這種情況下，電源的靜態(tài)電流是影響系統(tǒng)待機(jī)功耗的最大因素。例如，假設(shè)某個(gè)系統(tǒng)由40mAh、1.55V氧化銀紐扣電池供電，其使用期限為1年(圖2)。如果吸入電流為大約4µA，將該電流降低1微安即可將可穿戴設(shè)備的使用期限延長(zhǎng)大約三個(gè)月。

 

靜態(tài)電流的影響不可低估

電源處于待機(jī)模式時(shí)，功耗由靜態(tài)電流(IQ)決定，后者是指電路的靜默狀態(tài)，此時(shí)不驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載，輸入不進(jìn)行切換。靜態(tài)電流雖然微不足道，但會(huì)實(shí)質(zhì)上影響系統(tǒng)在輕載條件下的功率傳輸效率。

 

有時(shí)候容易混淆靜態(tài)電流與關(guān)斷電流。靜態(tài)電流時(shí)，系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)，但隨時(shí)可喚醒并采取動(dòng)作，這通常是用戶希望的設(shè)備狀態(tài)；另一方面，關(guān)斷電流時(shí)，是指設(shè)備處于休眠狀態(tài)。

 

設(shè)計(jì)者利用靜態(tài)電流評(píng)估電源在輕載時(shí)的功耗，利用關(guān)斷電流計(jì)算設(shè)備關(guān)斷且電池連接到調(diào)節(jié)器時(shí)的電池壽命。

 

為延長(zhǎng)設(shè)備電池壽命，采用低功耗控制器、傳感器、無線電和高效電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。高級(jí)節(jié)點(diǎn)CMOS制造工藝等設(shè)計(jì)技術(shù)也有助于降低產(chǎn)品的總體功耗，進(jìn)而有效延長(zhǎng)電池壽命。有些設(shè)計(jì)者選擇使用升壓轉(zhuǎn)換器，當(dāng)電池電壓下降到較低電平時(shí)，可延長(zhǎng)電池壽命。然而，如果選擇的轉(zhuǎn)換器不正確，這種方法實(shí)際上會(huì)造成靜態(tài)電流較高，電池電量消耗更快。

 

最終產(chǎn)品的規(guī)格是另一項(xiàng)重要注意事項(xiàng)。消費(fèi)者，進(jìn)而設(shè)計(jì)者被迫選擇越來越小、越來越輕的產(chǎn)品。困難在于，設(shè)備的電池通常是設(shè)備電路板上最大、最重的組件。當(dāng)然，電池的尺寸越小其容量就越小——這與較長(zhǎng)電池壽命的需求是矛盾的。所以設(shè)計(jì)者必須綜合權(quán)衡電池容量和尺寸與有效電源管理技術(shù)之間的關(guān)系。提高系統(tǒng)電源效率是延長(zhǎng)電池壽命的一種常見途徑。

 

密切關(guān)注升壓轉(zhuǎn)換器等電源調(diào)節(jié)器的靜態(tài)電流指標(biāo)意義重大——該電流越低，電池壽命就越長(zhǎng)。所以就需要既能提供較低靜態(tài)電流且尺寸規(guī)格比當(dāng)前市場(chǎng)上可用產(chǎn)品更小的技術(shù)，特別是對(duì)于現(xiàn)在的超小尺寸設(shè)計(jì)。在這種情況下，即使低至毫安級(jí)的電流也不足以影響電池壽命。當(dāng)今的可穿戴、移動(dòng)及IoT設(shè)計(jì)要求低至納安級(jí)的電流。

選擇正確的升壓轉(zhuǎn)換器

升壓轉(zhuǎn)換器是輸出電壓高于源電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換器?？v觀升壓轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)，根據(jù)行業(yè)分析數(shù)據(jù)，VIN(5V)升壓電源管理電路增長(zhǎng)最快。根據(jù)推動(dòng)這種增長(zhǎng)的IoT應(yīng)用的要求，設(shè)計(jì)者正在尋求能夠提供較低電壓軌、較長(zhǎng)電池壽命以及較小方案尺寸的升壓轉(zhuǎn)換器。

 

正確選擇能夠有效延長(zhǎng)電池壽命的升壓轉(zhuǎn)換器，需要嚴(yán)格注意一些關(guān)鍵條件，包括：

1. 靜態(tài)電流：該電流越低，轉(zhuǎn)換器就越能延長(zhǎng)系統(tǒng)待機(jī)模式下的電池壽命。

2. 真關(guān)斷模式：關(guān)斷時(shí)將電流輸出與輸入阻塞，該功能可提高效率、延長(zhǎng)最終產(chǎn)品使用期限。如果作為轉(zhuǎn)換器的集成功能，還能夠節(jié)省昂貴的外部元件。

3. 輸入電壓范圍：允許利用幾乎“耗盡”的電池進(jìn)行工作。

4. 效率：測(cè)量VIN、VOUT和IOUT，百分比越高，越有利于延長(zhǎng)電池壽命(uA級(jí)時(shí)的效率高于90%則比較理想)。

 

了解廠商在電源管理技術(shù)領(lǐng)域的業(yè)績(jī)也非常重要?？尚刨嚨膹S商擁有為各種規(guī)模、各個(gè)行業(yè)的客戶提供先進(jìn)技術(shù)的悠久歷史，隨時(shí)間推移持續(xù)增強(qiáng)其專業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品。有些廠商也為客戶提供在線仿真工具，根據(jù)其設(shè)計(jì)指標(biāo)評(píng)估效率曲線和材料清單(BOM)成本。如果能夠使用評(píng)估系統(tǒng)和評(píng)估板，則能夠快速建立各種尺寸的設(shè)計(jì)原型。此外，超小尺寸封裝對(duì)于成本及尺寸敏感的設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。