通過無線傳感器實現(xiàn)更長的電池壽命

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 中最具技術性的挑戰(zhàn)之一是您可以將傳感器節(jié)點放置在任何地方。這些傳感器測量諸如溫度和濕度（在連接的家庭中）、高速公路橋梁的機械應力（實時維護監(jiān)控）或氣體或水的消耗（智能流量計量）等參數(shù)。跟著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的不斷延伸，關于無線傳感器節(jié)點的需求也在不斷地添加。在IoT網(wǎng)絡中集成了許多不同的傳感器類型：溫度、濕度、壓力和環(huán)境光，不乏其人。跟著在IoT網(wǎng)絡中添加感測功用的需求不斷添加，傳感器節(jié)點的電池運用壽數(shù)也變得越來越重要。服務器收集和處理這些數(shù)據(jù)，需要廣泛的覆蓋區(qū)域來構建具有可靠數(shù)據(jù)的強大網(wǎng)絡。使這成為可能的技術是將傳感器數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)街醒胫鳈C系統(tǒng)。要啟用這樣的廣泛網(wǎng)絡，您必須考慮另一個關鍵方面，整個傳感器節(jié)點必須具有非常長的運行壽命。使用壽命越長，維護成本就越低。

為了下降與電池維護相關的本錢，而且削減與之相關的工作量，保證每個無線傳感器節(jié)點具有盡可能長的電池運用壽數(shù)也就變得很有必要了。大多數(shù)常見無線傳感器節(jié)點選用占空比的辦法來延伸電池壽數(shù)。在這種運轉機制中，節(jié)點加電，記載傳感器的丈量值，將數(shù)據(jù)無線發(fā)送至中心集線器或網(wǎng)關，然后自行封閉，或許運用低功耗形式或負載開關來封閉。影響整個體系電池壽數(shù)的主要因素是接通狀況持續(xù)時刻，接通狀況均勻電流，封閉狀況持續(xù)時刻和封閉狀況均勻電流。

要實現(xiàn) 10 年或更長時間的無線傳感器壽命，具有最低電流消耗的設計絕對是關鍵。超低功耗微控制器片上系統(tǒng) (SoC) 設備具有多種低功耗模式，可降低電流消耗。像CC430F5137這樣的超低功耗 SoC延長了無線傳感器的使用壽命，因為它實施了待機模式，當設備直接連接到電池時消耗大約 2μA 的電流。

圖 1：睡眠模式下的無線 SoC 電流消耗

將 SoC 與超低功耗降壓轉換器結合使用以降低電源電壓時，您可以進一步降低電流消耗，如圖 2 所示。這些是靜態(tài)電流為百分之幾納安的降壓轉換器，例如TPS62740（360nA）。

TPS6274x是業(yè)界第一款具有典型功率的降壓轉換器。360nA靜態(tài)電流，使用2.2μH的微型電感和10μF的輸出電容工作。這種新型DCS控制系統(tǒng)? 該器件將輕載效率范圍擴展到10μA負載電流以下。TPS62740支持高達300mA的輸出電流，TPS62742支持高達400mA的輸出電流。該裝置使用可充電鋰離子電池、鋰原電池化學物質（如Li-SOCl2、Li-MnO2）和兩個或三個電池堿性電池運行。高達5.5V的輸入電壓范圍還允許從USB端口和薄膜太陽能模塊進行操作。用戶可通過四個VSEL引腳在1.8V至3.3V的范圍內以100mV的步長選擇輸出電壓。TPS6274x具有低輸出紋波電壓和低噪聲，輸出電容小。一旦電池電壓接近輸出電壓（接近100%占空比），設備將進入無紋波100%模式操作，以防止輸出紋波電壓增加。然后，設備停止切換，輸出連接到輸入電壓。集成的回轉率控制負載開關提供。電阻為0.6Ω，可將選定的輸出電壓分配給臨時使用的子系統(tǒng)。TPS6274x采用小型12引腳2×3mm2WSON封裝，支持總尺寸為31mm2的解決方案。

圖 1 中的藍色跡線顯示了使用此 DC/DC 轉換器將電源電壓降至 2.1V 后應用程序消耗的電流。綠色跡線顯示該設備直接連接到電池時的供電電流。電流消耗取決于電源電壓。兩條曲線都表明，由于高效的降壓轉換，電池電壓越高，您節(jié)省的電量就越多。在典型的 3.6V 鋰亞硫酰氯 (LiSOCl2) 電池端電壓下，與直接連接電池相比，總電流消耗下降了 30%。這轉化為相應的系統(tǒng)壽命增加。

圖 2：低 I Q電源解決方案框圖

到目前為止，傳感器數(shù)據(jù)射頻 (RF) 傳輸還沒有廣泛應用于更長的距離。這種長距離無線功能為系統(tǒng)的電源考慮增加了另一個層次的復雜性。雖然無線傳感器節(jié)點需要消耗盡可能低的平均功率，但它還必須能夠為偶爾的數(shù)據(jù)傳輸提供高峰值電流。因此，除了具有盡可能低的靜態(tài)電流外，DC/DC 轉換器還必須滿足傳感器數(shù)據(jù)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬蓚€額外關鍵要求：

· 為射頻放大器的更高電流提供高效的功率轉換。

· 以非常低的噪音運行。

TPS62740等超低功耗 DC/DC 轉換器通過在從幾微安到幾百毫安的超過四個輸出電流十年內具有高效率來滿足要求——這是確保在睡眠中為無線 SoC 轉換電壓時損耗最低的關鍵特性模式以及高功率數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罡咝?。為確保為 RF 數(shù)據(jù)傳輸提供靜音電源，轉換器采用 RF 友好型 DCS 控制，具有最低的輸出電壓紋波。