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[通信设备] 一块电池、多个 DC / DC 转换器的烟雾探测设计
2018-7-12 14:11:12  655 Maxim 烟雾探测器
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烟雾探测器是首批物联网 (IoT) 设备之一。它们需要靠一块电池运行 10 年,无需频繁更换电池,可在断电期间正常工作。图 1 所示的是一个典型的现代烟雾报警器,包括一块电池、多个 DC / DC 转换器,一个微控制器、射频通信、一个传感器(其架构可能多种多样)和一个压电蜂鸣器。

图 1 中的表格基于现今可用的元器件列出了每个模块的电流消耗示例值。如果是光学烟雾传感器,驱动 LED 的峰值电流将达到 mA 级别,但平均电流会下降,因为 LED 的工作循环通常相对不频繁。在大多数报警器中,有源电路仅在 0.05% 的时间内对空气进行采样,这意味着系统在 99.95% 的时间内以静态模式运行。不考虑占空比可能完全不同的射频电路,全功率模式下的主电路将消耗 12.6 mA。静态时,主电路消耗 5.5 μA。因此,有源电路每秒消耗的平均电流为 12.6 mA x 0.0005 = 6.3 µA,得出平均电流消耗为 11.8 μA。现在,高于 1 μA 的静态电流开始影响系统电池寿命。在 ~10 µA 的电流消耗范围内,电流消耗每增加 1 μA,则 1500 mAhr 电池的寿命将减少一年。



            [td]                    
元件典型工作电流典型静态电流
微控制器10 mA2.5 µA
传感器1 mA2.5 µA
DC/DC*1.6 mA500 nA
*DC/DC 能耗基于能源效率为 ~90% 的 15 mA 输出电流。
图 1:  典型的现代烟雾报警器在大多数情况下以静态模式运行,因此静态电流越低,其电池寿命越长。

毫微功耗的另一个优点源自可以关闭系统内电路的功能。在这种类型的架构中,电池监控和实时时钟之类的关键元器件保持开启,而微控制器和 RF 电路等主要耗电器件则关闭或进入其最低功耗模式。图 2 中的电路为用于监控电池电压的毫微功耗窗口比较器。比较器仅在电池电压高于或低于允许电压时发出警报,提供有价值的安全功能并延长电池使用寿命。系统微控制器不需要工作,除非从以典型 900 nA 电流运行的比较器接收到报警。从本质上讲,这成为了一种智慧能源架构,可以尽可能节省能源,同时剥离必须始终通电之功能的特定电路。


图 2: 监控电池电压的毫微功耗窗口比较器。

最后一个示例是适配器或电池电源,通常称为 ORing 二极管电源。在这种电源中,优秀的设计师将肖特基二极管与电池电源串联以限制压降,并因此限制二极管的功率损耗,同时保护电路(图 3)。例如,承载 1 A 电流时,Maxim 的新型 MAX40200 仅降低 85 mV,承载 500 mA 时,通常会降低 43 mV。这种性能比典型的肖特基二极管高出两到四倍,以智能方式进一步节省数十至数百毫瓦的电池电量。


图 3: 承载 1 A 电流时,MAX40200 仅降低 85 mV。所有这些与咖啡有何关联?就像咖啡一样,架构正在改变。各种子系统基本上与中央处理器断开,然后定期连接,从而显著降低该过程中的能耗。高级处理能力和模拟架构将这些构件的功耗降至前所未有的低水平。新型智慧能源运动不仅仅涉及能源测量和通信。新型智慧能源是结合先进元器件的智能系统架构,在解锁新应用程序的同时提高系统电池寿命和可靠性。

MAX40006数据表.pdf

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MAX40006EVKIT开发套件.pdf

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2018-7-12 14:11:12   评论
2 个讨论
看起来很腻害的样子,我也想学
2018-7-12 15:58:39 评论

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比我用LM358搞的好多了
2018-7-12 21:08:11 评论

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