本設(shè)計(jì)方案回顧了典型的資產(chǎn)跟蹤方案，展示了MAX3864x nanoPower降壓轉(zhuǎn)換器系列如何以其高效率和小尺寸在小型便攜式產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命。

介紹

新的低功耗數(shù)據(jù)連接由于其低部署成本而引發(fā)了資產(chǎn)跟蹤解決方案的激增。這些影響可以在多種應(yīng)用中看到，特別是運(yùn)輸和供應(yīng)鏈管理。

在典型應(yīng)用中，傳感器從給定位置提供更新，傳輸有關(guān)溫度、濕度、壓力和運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。傳感器只需要傳輸少量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更高的覆蓋范圍和超低功耗，從而延長(zhǎng)設(shè)備壽命。傳感器的電池必須持續(xù)數(shù)周到數(shù)年。資產(chǎn)跟蹤， 取決于應(yīng)用程序， 可能需要部署多個(gè)跟蹤器設(shè)備.因此，這些資產(chǎn)跟蹤器設(shè)備還必須小巧、便攜且具有成本效益。

在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們討論了典型的電池供電資產(chǎn)跟蹤器器件遇到的電源管理挑戰(zhàn)，并展示了一個(gè)使用小型高效降壓轉(zhuǎn)換器的示例。

邊緣到企業(yè)通信

被跟蹤的資產(chǎn)通過(guò)信標(biāo)傳輸數(shù)據(jù)， 信標(biāo)通過(guò)專用蜂窩網(wǎng)絡(luò)到達(dá)服務(wù)器.從這里，數(shù)據(jù)到達(dá)企業(yè)門(mén)戶進(jìn)行資產(chǎn)管理和分析。

在工廠環(huán)境中，資產(chǎn)跟蹤將設(shè)施、車(chē)隊(duì)設(shè)備和維護(hù)的管理整合到一個(gè)平臺(tái)中，從而提高了安全性、生產(chǎn)力并延長(zhǎng)了資產(chǎn)壽命。

資產(chǎn)跟蹤網(wǎng)絡(luò)

新一代信標(biāo)直接連接到專用蜂窩網(wǎng)絡(luò) （LTE-M， NB-IoT）， 無(wú)需使用藍(lán)牙與網(wǎng)關(guān)通信.這些技術(shù)可能非常不同，但都具有低功耗的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)年的電池壽命（表 1）。?

典型資產(chǎn)跟蹤系統(tǒng)

圖 2 顯示了一個(gè)典型的資產(chǎn)跟蹤器框圖。三系堿性電池提供2000mAh的電量。降壓穩(wěn)壓器為板載控制器、傳感器和無(wú)線電供電。

圖2.資產(chǎn)跟蹤器框圖。

對(duì)于要求苛刻的資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用，系統(tǒng)必須使用 3 節(jié)堿性電池持續(xù)使用一年，深度睡眠時(shí)僅消耗 100μA 電流，每天傳輸一次 100mA 電流，持續(xù)約 2 分鐘（圖 3）。雖然確實(shí)，根據(jù)LTE-M或NB-IoT資產(chǎn)跟蹤器支持的功率水平和其他選項(xiàng)，電流可能會(huì)更高，但對(duì)于我們的討論，我們將堅(jiān)持100μA至100mA范圍。

圖3.資產(chǎn)跟蹤器當(dāng)前配置文件。

高使用性能需要仔細(xì)選擇每個(gè)模塊，以實(shí)現(xiàn)最低功耗。降壓穩(wěn)壓器必須在 100μA 至 100mA 的寬范圍內(nèi)保持高效。例如，降壓轉(zhuǎn)換器平均效率損失 4%，這意味著現(xiàn)場(chǎng)部署減少約兩周。

超低靜態(tài)電流

降壓轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流尤其重要，因?yàn)樵撈骷蟛糠謺r(shí)間處于深度睡眠或安靜模式，功耗僅為100μA或更低。與 V外= 1.8V，深度睡眠時(shí)的輸出功率為P外= 1.8V × 100μA = 180μW。= 90%，輸入功率為：

p在= 180μW/0.9 = 200μW

如果不仔細(xì)選擇降壓轉(zhuǎn)換器，并且具有3μA的典型靜態(tài)電流和3.6V輸入電壓，則額外的功耗為：

P'在= 3μA × 3.6V = 10.8μW

最終降壓轉(zhuǎn)換器效率為：

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

3μA 的靜態(tài)電流使降壓轉(zhuǎn)換器失去了 4 個(gè)效率點(diǎn)，從而顯著加快了電池耗盡速度！

另一方面，靜態(tài)電流為300nA的降壓轉(zhuǎn)換器幾乎不會(huì)降低效率，僅降低半個(gè)百分點(diǎn)。對(duì)于資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用，選擇具有超低靜態(tài)電流的降壓轉(zhuǎn)換器至關(guān)重要，因?yàn)橄到y(tǒng)大部分時(shí)間都處于“安靜”模式并依賴電池。

毫微功耗降壓轉(zhuǎn)換器

作為高效率的一個(gè)例子，圖4所示的nanoPower超低靜態(tài)電流降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器采用1.8V至5.5V輸入電壓工作，支持高達(dá)175mA的負(fù)載電流，峰值效率為96%。在休眠模式下，它僅消耗 5nA 的關(guān)斷電流。該器件采用節(jié)省空間的 1.42mm × 0.89mm 6 引腳晶圓級(jí)封裝（2 x 3 凸塊 WLP，0.4mm 間距）。如果根據(jù)NB-IoT或LTE-M網(wǎng)絡(luò)中的功率水平需要更高的電流，則姊妹器件可以提供更高的電流。

圖4.集成降壓轉(zhuǎn)換器。

體積小

毫微功耗降壓轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用尺寸如圖5所示。得益于其WLP封裝、高開(kāi)關(guān)頻率操作和小的外部無(wú)源器件，降壓轉(zhuǎn)換器的凈PCB面積僅為7.1mm2.

圖5.資產(chǎn)跟蹤器降壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)用（7.1mm2凈面積）。

效率優(yōu)勢(shì)

圖6顯示了具有3.6V輸入和1.8V輸出的降壓轉(zhuǎn)換器的效率曲線。高負(fù)載下的同步整流以及輕負(fù)載和超輕負(fù)載下的脈沖操作可確保在寬工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率。

該 IC 在 100μA 時(shí)具有 87.5% 的高效率工作電流，在 100mA 時(shí)具有 92% 的效率，是資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用的理想選擇。與其他解決方案相比，該降壓轉(zhuǎn)換器具有多個(gè)效率點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)。

圖6.MAX38640A效率曲線

高效率和更小占地面積的好處齊頭并進(jìn)，從而減少熱量產(chǎn)生。這有助于設(shè)計(jì)更小、更冷的資產(chǎn)跟蹤器，減輕設(shè)備過(guò)熱的擔(dān)憂。

結(jié)論

資產(chǎn)跟蹤器，根據(jù)其具體應(yīng)用，必須在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)周到數(shù)年，僅由小型電池供電。這種類型的操作需要仔細(xì)選擇每個(gè)模塊，以實(shí)現(xiàn)最小的功耗。降壓穩(wěn)壓器必須在數(shù)十微安至數(shù)百毫安的寬輸入電流范圍內(nèi)高效工作。MAX3864x 毫微功耗降壓轉(zhuǎn)換器系列具有高效率和小尺寸，為資產(chǎn)跟蹤應(yīng)用提供理想的電源方案。

審核編輯：郭婷