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ON Semiconductor 安森美

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持续免电池传感器监测

2019-05-14
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随着物联网(IoT)的快速增长及对数据存储的高要求,处理和传输将成为项目可持续性的一大问题。因此,如非绝对强制,任何类型的能量采集方案都是受欢迎的。



在实施这些方案时,设计人员必须考虑到IoT传感器不仅要测量一个值(包括温度、湿度、污染、光照水平),还要能够用有限的电源与其系统主机进行通信(通常是无线通信)。



实现这,必须全面考虑设计中的每一个系统级器件,包括传感器、接收器、能源和通信占空比。


基于电池的系统的挑战是,它们通常需要更复杂的能量管理。这包括充电和放电控制以及防止过度充电和过度放电的电池保护。这增加了系统复杂性以及物料单(BoM)成本,因为这样的能量管理系统通常涉及开关调节器(额外的无源器件),并且由于所需的功能使BoM的IC更复杂。除了高能效和低静态电流的要求之外,芯片的复杂性常导致相当昂贵的IC方案。

 

那些不需要更长工作时间的应用不受光照条件的影响,基于电容器的方案可能是一种高性价比的方案。储能电容器暂时累积来自太阳能采集设备的能量,直到足以进行测量和传输结果。当使用具有足够额定电压值的电容器时,不需要充电电路。在处于预期的峰值亮度时,使用的太阳能采集器的开路电压决定了最大输入电压。如果电容器的额定电压超过开路电压,则不需要充电电路或保护。


对于基于电池和基于电容器的方案,都需要输出稳压,从而为附加电路(传感器、微控制器等) 提供合适的电压。使用锂基存储配置的系统达4 V以上电压,这通常超过传感器和微控制器的输入电压范围。为了匹配典型的1.8 V至3.3 V的电源电压,需要降压电压转换。在基于电容的系统中,电压与存储的电荷量成线性关系。这会导致放电周期中电压的巨大变化,是任何传感器或微控制器都不能承受的,因此需要某种稳压器来稳定电源。


RSL10太阳能电池多传感器板(RSL10-SOLARSENS-GEVK)是个完整的方案,用于免电池的IoT应用,包括智能建筑、智能家居和工业4.0。这板基于行业最低功耗的蓝牙低功耗无线电(RSL10),有多种温度和水分传感器(BMA 400智能三轴加速度计、BME 280智能环境传感器和NCT 203宽范围数字温度传感器)。


这板还具有1个超低成本、低高度的47 µF储能电容器、1个编程和调试接口和1个ZIF接口以连接太阳能电池。


由于该器件从低电流源采集能量,所以在工作和采集能量时整个系统的漏电流小很重要。为此,选择了一些智能器件,包括板载的超低静态电流LDO(NCP170)。



安森美半导体推出这方案证明了完全有可能实现仅由太阳能供电的低成本、小外形传感器节点,特点包括持续的传感器监测和数据传输到云网关。一些用例都将受益于RSL10太阳能电池多传感器平台的新技术和功能,包括智能建筑、城市管理和移动健康。通过使用这个平台来创建创新的传感器设计,开发人员可以帮助革新IoT,通过实施数十亿个智能传感器来填补能源需求的缺口。


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