物联网(IoT)边缘节点 – 解决电池10年使用寿命问题

从智能家居、可穿戴设备和楼宇自动化等新兴应用领域来看，由电池供电的无线应用是物联网(IoT)内增长最快的细分市场之一。这趋势由消除所有线束连接的需求推动，无论是联接还是供电，线束往往限制了它们的采用。例如，用于农业和工业、智能城市和可穿戴等的遥感，如果经有线或墙上插座供电，没有电池的灵活性和易用性，就不可能实现。

一个明显的缺点是需要频繁更换电池，这是不切实际、昂贵和不方便的。为解决这个问题，大多数制造商的目标是将他们设备的电池使用寿命延长到10年。甚至还有人探索用能量采集方案来替代能源的方法。

实现10年电池使用寿命的一个常见技术是利用IoT设备大部分时间未使用的事实，只需要支持小数据有效载荷很少频率的无线电传输。在大多数情况下，传感器测量也很少。农业传感器节点是个例子，它需要少量传感器测量，如每天的温度和湿度，然后每天向网络传输数据。就电池使用寿命而言，这是很重要的，因为电池的大部分电能是在使用蓝牙低功耗、Wi-Fi或Sub-Ghz传输或接收数据时产生的，这取决于所使用的传感器类型。当IoT节点没有发射或传感时，它将大多处于空闲或低功耗模式，仅需电池提供极低功率。在大多数用例中，设备处于有源模式的时间百分比(称为占空比)很容易小于1%，这意味着在其余99%的情况下，它处于低功耗模式。因此，这些耗电任务的频率不高，可以显著降低功耗，并有助于延长电池使用寿命。

这说明系统将运行在两种不同的模式：

有源模式: 数据传输和高功率传感

低功耗模式: 系统处于闲置模式或低功耗传感

电池电流方面，有源模式需要约几十毫安(mA)，而低功耗模式只需要微安培(µA)，相当于有源模式的1/1000到1/10,000。

传统的高能效方案如开关，不一定提供对这类应用的最佳功率调节。而电池使用寿命可通过低功耗模式的静态电流来优化，因为这是系统大部分运行时间所耗。

我们的双模低压降稳压器(LDO) NCP171，具有极佳的50 nA静态电流，设计用于这种低占空比IoT系统。NCP171具有创新的双模结构，为两种不同的工作模式-有源和低功耗-提供最佳性能。这意味着有源模式下非常低的噪声、快速调节，以确保可靠的数据传输和关键的传感，同时提供低功耗模式下的超低Iq以延长电池使用寿命。这两种LDO模式可通过切换专用ECO引脚来选择。

在有源模式下，NCP171提供达80 mA的负载电流，具有可靠的射频传输所需的出色的噪声和动态性能，以及精确传感所需的极低噪声性能。在低功耗模式下，NCP171在5 mA负载下的静止电流极低，仅为50 nA，从而使电池使用寿命显著增加。

NCP171还可在切换到低功耗模式时内置电压偏移，以进一步降低系统功耗，从50 mV到200 mV不等。