让您的小型资产跟踪器使用寿命更长

本设计方案回顾了典型的资产跟踪方案，展示了MAX3864x nanoPower降压转换器系列如何以其高效率和小尺寸在小型便携式产品中实现更长的电池寿命。

介绍

新的低功耗数据连接由于其低部署成本而引发了资产跟踪解决方案的激增。这些影响可以在多种应用中看到，特别是运输和供应链管理。

在典型应用中，传感器从给定位置提供更新，传输有关温度、湿度、压力和运动的数据。传感器只需要传输少量数据，从而实现更高的覆盖范围和超低功耗，从而延长设备寿命。传感器的电池必须持续数周到数年。资产跟踪， 取决于应用程序， 可能需要部署多个跟踪器设备.因此，这些资产跟踪器设备还必须小巧、便携且具有成本效益。

在本设计解决方案中，我们讨论了典型的电池供电资产跟踪器器件遇到的电源管理挑战，并展示了一个使用小型高效降压转换器的示例。

边缘到企业通信

被跟踪的资产通过信标传输数据， 信标通过专用蜂窝网络到达服务器.从这里，数据到达企业门户进行资产管理和分析。

在工厂环境中，资产跟踪将设施、车队设备和维护的管理整合到一个平台中，从而提高了安全性、生产力并延长了资产寿命。

资产跟踪网络

新一代信标直接连接到专用蜂窝网络 （LTE-M， NB-IoT）， 无需使用蓝牙与网关通信.这些技术可能非常不同，但都具有低功耗的特点，可实现数年的电池寿命（表 1）。®

 

	NB-物联网	LTE-M	单位
带宽	180	1400	千 赫
峰值数据速率	100	384	千兆伦比
U/D 链路速度	62.5	1000	速度
延迟	10	100	女士
电池寿命	>10	10	年
声音	不	是的

 

典型资产跟踪系统

图 2 显示了一个典型的资产跟踪器框图。三系碱性电池提供2000mAh的电量。降压稳压器为板载控制器、传感器和无线电供电。

图2.资产跟踪器框图。

对于要求苛刻的资产跟踪应用，系统必须使用 3 节碱性电池持续使用一年，深度睡眠时仅消耗 100μA 电流，每天传输一次 100mA 电流，持续约 2 分钟（图 3）。虽然确实，根据LTE-M或NB-IoT资产跟踪器支持的功率水平和其他选项，电流可能会更高，但对于我们的讨论，我们将坚持100μA至100mA范围。

图3.资产跟踪器当前配置文件。

高使用性能需要仔细选择每个模块，以实现最低功耗。降压稳压器必须在 100μA 至 100mA 的宽范围内保持高效。例如，降压转换器平均效率损失 4%，这意味着现场部署减少约两周。

超低静态电流

降压转换器的静态电流尤其重要，因为该器件大部分时间处于深度睡眠或安静模式，功耗仅为100μA或更低。与 V外= 1.8V，深度睡眠时的输出功率为P外= 1.8V × 100μA = 180μW。= 90%，输入功率为：

p在= 180μW/0.9 = 200μW

如果不仔细选择降压转换器，并且具有3μA的典型静态电流和3.6V输入电压，则额外的功耗为：

P'在= 3μA × 3.6V = 10.8μW

最终降压转换器效率为：

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

3μA 的静态电流使降压转换器失去了 4 个效率点，从而显著加快了电池耗尽速度！

另一方面，静态电流为300nA的降压转换器几乎不会降低效率，仅降低半个百分点。对于资产跟踪应用，选择具有超低静态电流的降压转换器至关重要，因为系统大部分时间都处于“安静”模式并依赖电池。

毫微功耗降压转换器

作为高效率的一个例子，图4所示的nanoPower超低静态电流降压DC-DC转换器采用1.8V至5.5V输入电压工作，支持高达175mA的负载电流，峰值效率为96%。在休眠模式下，它仅消耗 5nA 的关断电流。该器件采用节省空间的 1.42mm × 0.89mm 6 引脚晶圆级封装（2 x 3 凸块 WLP，0.4mm 间距）。如果根据NB-IoT或LTE-M网络中的功率水平需要更高的电流，则姊妹器件可以提供更高的电流。

图4.集成降压转换器。

体积小

毫微功耗降压转换器的应用尺寸如图5所示。得益于其WLP封装、高开关频率操作和小的外部无源器件，降压转换器的净PCB面积仅为7.1mm2.

图5.资产跟踪器降压转换器应用（7.1mm2净面积）。

效率优势

图6显示了具有3.6V输入和1.8V输出的降压转换器的效率曲线。高负载下的同步整流以及轻负载和超轻负载下的脉冲操作可确保在宽工作范围内实现高效率。

该 IC 在 100μA 时具有 87.5% 的高效率工作电流，在 100mA 时具有 92% 的效率，是资产跟踪应用的理想选择。与其他解决方案相比，该降压转换器具有多个效率点的优势。

图6.MAX38640A效率曲线

高效率和更小占地面积的好处齐头并进，从而减少热量产生。这有助于设计更小、更冷的资产跟踪器，减轻设备过热的担忧。

结论

资产跟踪器，根据其具体应用，必须在现场运行数周到数年，仅由小型电池供电。这种类型的操作需要仔细选择每个模块，以实现最小的功耗。降压稳压器必须在数十微安至数百毫安的宽输入电流范围内高效工作。MAX3864x 毫微功耗降压转换器系列具有高效率和小尺寸，为资产跟踪应用提供理想的电源方案。

审核编辑：郭婷