通过无线传感器实现更长的电池寿命

物联网 (IoT) 中最具技术性的挑战之一是您可以将传感器节点放置在任何地方。这些传感器测量诸如温度和湿度（在连接的家庭中）、高速公路桥梁的机械应力（实时维护监控）或气体或水的消耗（智能流量计量）等参数。跟着物联网 （IoT） 的不断延伸，关于无线传感器节点的需求也在不断地添加。在IoT网络中集成了许多不同的传感器类型：温度、湿度、压力和环境光，不乏其人。跟着在IoT网络中添加感测功用的需求不断添加，传感器节点的电池运用寿数也变得越来越重要。服务器收集和处理这些数据，需要广泛的覆盖区域来构建具有可靠数据的强大网络。使这成为可能的技术是将传感器数据无线传输到中央主机系统。要启用这样的广泛网络，您必须考虑另一个关键方面，整个传感器节点必须具有非常长的运行寿命。使用寿命越长，维护成本就越低。

为了下降与电池维护相关的本钱，而且削减与之相关的工作量，保证每个无线传感器节点具有尽可能长的电池运用寿数也就变得很有必要了。大多数常见无线传感器节点选用占空比的办法来延伸电池寿数。在这种运转机制中，节点加电，记载传感器的丈量值，将数据无线发送至中心集线器或网关，然后自行封闭，或许运用低功耗形式或负载开关来封闭。影响整个体系电池寿数的主要因素是接通状况持续时刻，接通状况均匀电流，封闭状况持续时刻和封闭状况均匀电流。

要实现 10 年或更长时间的无线传感器寿命，具有最低电流消耗的设计绝对是关键。超低功耗微控制器片上系统 (SoC) 设备具有多种低功耗模式，可降低电流消耗。像CC430F5137这样的超低功耗 SoC延长了无线传感器的使用寿命，因为它实施了待机模式，当设备直接连接到电池时消耗大约 2µA 的电流。

图 1：睡眠模式下的无线 SoC 电流消耗

将 SoC 与超低功耗降压转换器结合使用以降低电源电压时，您可以进一步降低电流消耗，如图 2 所示。这些是静态电流为百分之几纳安的降压转换器，例如TPS62740（360nA）。

TPS6274x是业界第一款具有典型功率的降压转换器。360nA静态电流，使用2.2μH的微型电感和10μF的输出电容工作。这种新型DCS控制系统™ 该器件将轻载效率范围扩展到10μA负载电流以下。TPS62740支持高达300mA的输出电流，TPS62742支持高达400mA的输出电流。该装置使用可充电锂离子电池、锂原电池化学物质（如Li-SOCl2、Li-MnO2）和两个或三个电池碱性电池运行。高达5.5V的输入电压范围还允许从USB端口和薄膜太阳能模块进行操作。用户可通过四个VSEL引脚在1.8V至3.3V的范围内以100mV的步长选择输出电压。TPS6274x具有低输出纹波电压和低噪声，输出电容小。一旦电池电压接近输出电压（接近100%占空比），设备将进入无纹波100%模式操作，以防止输出纹波电压增加。然后，设备停止切换，输出连接到输入电压。集成的回转率控制负载开关提供。电阻为0.6Ω，可将选定的输出电压分配给临时使用的子系统。TPS6274x采用小型12引脚2×3mm²WSON封装，支持总尺寸为31mm²的解决方案。

图 1 中的蓝色迹线显示了使用此 DC/DC 转换器将电源电压降至 2.1V 后应用程序消耗的电流。绿色迹线显示该设备直接连接到电池时的供电电流。电流消耗取决于电源电压。两条曲线都表明，由于高效的降压转换，电池电压越高，您节省的电量就越多。在典型的 3.6V 锂亚硫酰氯 (LiSOCl2) 电池端电压下，与直接连接电池相比，总电流消耗下降了 30%。这转化为相应的系统寿命增加。

图 2：低 I Q电源解决方案框图

到目前为止，传感器数据射频 (RF) 传输还没有广泛应用于更长的距离。这种长距离无线功能为系统的电源考虑增加了另一个层次的复杂性。虽然无线传感器节点需要消耗尽可能低的平均功率，但它还必须能够为偶尔的数据传输提供高峰值电流。因此，除了具有尽可能低的静态电流外，DC/DC 转换器还必须满足传感器数据无线数据传输的两个额外关键要求：

· 为射频放大器的更高电流提供高效的功率转换。

· 以非常低的噪音运行。

TPS62740等超低功耗 DC/DC 转换器通过在从几微安到几百毫安的超过四个输出电流十年内具有高效率来满足要求——这是确保在睡眠中为无线 SoC 转换电压时损耗最低的关键特性模式以及高功率数据传输的最高效率。为确保为 RF 数据传输提供静音电源，转换器采用 RF 友好型 DCS 控制，具有最低的输出电压纹波。