摘要

　　本文介紹一種典型的資產跟蹤解決方案,，展示MAX3864x nanopower降壓轉換器系列如何憑借其小尺寸,、高效率優(yōu)勢,，在小型便攜式設備中實現更長的電池壽命。新興的低功耗數據連接技術部署成本低,，由此涌現了多種資產跟蹤解決方案,。多個應用領域都見證了這一點，運輸和供應鏈管理行業(yè)尤其明顯,。

　　在典型應用中,，傳感器從給定位置提供更新信息，傳輸有關溫度,、濕度,、壓力和運動的數據。傳感器只需傳輸少量數據,，所以其覆蓋密度更高,，功耗超低，使設備實現更長久續(xù)航,。傳感器的電池續(xù)航時間從幾周到長達數年,。根據具體的應用，資產跟蹤應用可能需要部署多個跟蹤器設備,。相應的,，這些資產跟蹤器設備必須小巧、便攜,，且經濟高效,。

　　在本設計解決方案中，我們將探討典型的電池供電資產跟蹤器設備遇到的電源管理問題,，并展示使用小巧但高效的降壓轉換器的示例,。

　　邊緣到企業(yè)的通信

　　圖1展示了一個典型的跟蹤通信鏈,。被跟蹤資產通過信標傳輸數據，數據通過專用蜂窩網絡傳輸到服務器,。然后數據傳輸到企業(yè)門戶,，用于資產管理和分析。

　　圖1.實時GPS跟蹤

　　資產跟蹤網絡

　　新一代信標直接連接至專用蜂窩網絡（LTE-M,、NB-IoT）,，無需通過Bluetooth?也能與網關通信。雖然這些技術各不相同,，但都具有低功耗特點,，能夠實現長達幾年的電池續(xù)航時間（表1）。

　　表1.網絡特點

　　典型的資產跟蹤器系統(tǒng)

　　圖2所示為典型的資產跟蹤器框圖,。三個串聯的堿性電池提供2000 mAh電量,。降壓穩(wěn)壓器為板載控制器、傳感器和無線電供電,。

　　圖2.資產跟蹤器框圖

　　對于要求較高的資產跟蹤應用,，該系統(tǒng)必須使用三節(jié)堿性電池持續(xù)運行一年，如圖3所示,，資產跟蹤器每天會有一次持續(xù)約2分鐘的數據傳輸模式,，工作電流為100mA，剩余時間處于深度睡眠模式,，工作電流僅100μA,。但是實際上，根據LTE-M或NB-IoT資產跟蹤器支持的功率電平和其他選項,，電流可能會高一些,，但在本文討論的示例中，我們使用100 ?A至100 mA范圍,。

　　圖3.資產跟蹤器的電流曲線

　　為實現高性能,，需要小心謹慎地選擇每個模塊，以確保功耗盡可能低,。降壓穩(wěn)壓器必須在100 ?A至100 mA范圍內保持高效率,。例如，降壓轉換器平均損耗4%的效率,，相當于現場部署的續(xù)航時間縮短約兩周,。

　　超低靜態(tài)電流

　　降壓轉換器的靜態(tài)電流尤其重要，因為設備大部分時間處于深度睡眠或靜默狀態(tài),，僅消耗100 μA或更少的電流,。如果VOUT = 1.8 V，在深度睡眠狀態(tài)下,，輸出功率POUT = 1.8 V × 100 μA = 180 μW,。η = 90%時,，輸入功率為：

　　如果未恰當選擇降壓轉換器，該轉換器消耗3 μA靜態(tài)電流（典型值）,，采用3.6 V輸入電壓,，就會額外產生以下功耗：

　　降壓轉換器最終效率：

　　3 μA靜態(tài)電流會導致降壓轉換器效率降低4%，大大加快電池耗電速度,！

　　另一方面,，靜態(tài)電流為300 nA的降壓轉換器幾乎不會降低其效率，其效率僅降低0.5%,。對于資產跟蹤應用,，選擇具有超低靜態(tài)電流的降壓轉換器至關重要，因為系統(tǒng)大部分時間都處于靜默狀態(tài),，且僅依賴電池供電,。

　　Nanopower降壓轉換器

　　圖4所示的nanopower 330 nA超低靜態(tài)電流降壓型DC-DC轉換器是一個典型的高能效示例，該器件采用1.8 V至5.5 V輸入電壓,，支持高達175 mA負載電流,，峰值效率高達96%。在休眠模式下,，它僅消耗5 nA關斷電流。該器件采用節(jié)省空間的1.42 mm × 0.89 mm,、6引腳晶圓級封裝（2個3引腳WLP,，0.4 mm間距）。如果基于NB-IoT或LTE-M網絡的功率水平需要更高電流,，可選擇同類器件來提供更高電流,。

　　圖4.集成式降壓轉換器

　　小尺寸

　　Nanopower降壓轉換器應用的占地面積如圖5所示。由于采用WLP封裝,、高開關頻率操作和小型外部無源器件,，該降壓轉換器的凈PCB面積僅為7.1 mm2。

　　圖5.資產跟蹤器降壓轉換器應用（7.1 mm²凈占地面積）

　　效率優(yōu)勢

　　圖6顯示了具有3.6 V輸入電壓,、1.8 V輸出電壓的降壓轉換器的效率曲線,。在高負載下同步整流，在輕負載下進行脈沖操作,，超輕負載確保在寬工作范圍內保持高效率,。

　　該IC在100μA下的工作效率達87.5%，在100 mA下的工作效率高達92%,，因此非常適合資產跟蹤應用,。與其他替代解決方案相比，這款降壓轉換器具有明顯的效率優(yōu)勢,。

　　圖6.MAX38640 效率曲線

　　高效率和小尺寸優(yōu)勢相輔相成,，有助于減少發(fā)熱,。在設計更小巧、散熱性能更佳的資產跟蹤器時,，能夠幫助緩解設備過熱的問題,。

　　結論

　　根據具體的應用，資產跟蹤器在僅使用小型電池供電的情況下,，必須能夠在現場持續(xù)運行幾周到幾年,。針對此類應用，需要謹慎選擇每個模塊,，以確保功耗盡可能低,。降壓穩(wěn)壓器必須在幾十微安到幾百毫安的輸入電流范圍內保持高效運行。MAX3864x nanopower降壓轉換器系列具有高效率和小尺寸特性,，是非常適合資產跟蹤應用的電源解決方案,。

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