¿Cuáles son las soluciones de aplicación de NB-IoT en la industria?
Dispositivos IoT con batería primaria
Muchos dispositivos IoT pequeños requieren baterías primarias para funcionar durante mucho tiempo.
Por lo tanto, si bien proporciona un consumo ultrabajo y un suministro de energía eficiente para sensores, MCU y funciones de comunicación inalámbrica, el control y monitoreo de la batería también se han vuelto importantes. Aquí, se ejemplificará una solución que agrega una configuración de energía que es general y adecuada para el funcionamiento con batería a largo plazo y la función de cortar el consumo de energía durante el transporte y cuando no está en uso.
Observaciones: Acerca de las baterías primarias de litio
3,0 V es del tipo dióxido de manganeso/3,6 V es del tipo cloruro de tionilo
Resumen de la solución
Acerca de El diagrama de bloques del circuito Boost IC (a) es el caso en el que la MCU se puede conectar directamente a la batería. Los dispositivos pequeños simples de IoT/seguridad/vestibles/médicos tienen en su mayoría esta estructura.
En los últimos años, cada vez más MCU funcionan en el amplio rango de 1,8 V a 3,8 V. En este caso, no es necesario utilizar un IC de fuente de alimentación y se pueden conectar directamente a la batería. En este sentido, los sensores y RF requieren un voltaje fijo de 3,3 V. Incluso si el voltaje de funcionamiento es amplio, para cumplir con las especificaciones, la mayoría requiere un voltaje por encima de cierto voltaje, es decir, se requiere un IC de refuerzo. La RF y el sensor no funcionan todo el tiempo y, a veces, la RF se comunica una vez al día durante unos segundos.
Además, aunque parezca que funciona todo el tiempo, en realidad hay muchos casos en los que un control detallado de ON/OFF reduce el consumo de corriente y hace que la batería dure más. Para lograr el trabajo anterior, la MCU realizará el control de encendido/apagado de RF y el trabajo del sensor cuando sea necesario. Además, cuando se detiene, no solo se detienen las funciones de RF y del sensor, sino también el IC de refuerzo y el regulador de voltaje, lo que permite que la batería se use durante mucho tiempo. Para suprimir la ondulación durante el funcionamiento y mantener constante la frecuencia del ruido, es adecuado el tipo fijo PWM.
Si existe el estado de trabajo de carga ligera, utilice el tipo de conversión PWM/PFM (modo de trabajo de conmutación automática). Además, para suprimir la EMI y reducir el tamaño, es adecuado un tipo con bobina integrada. Boost DC/DCXCL102: PWM, tipo de bobina integradaXCL103: PWM/PFM, tipo de bobina integradaXC9141: PWM, bobina externa La fuente de alimentación tiene menos ruido y, a veces, se utiliza un regulador de voltaje en la etapa descendente del IC de refuerzo. Los LDO de alta velocidad con una alta relación de rechazo de ondulación/bajo ruido y buenas características de respuesta transitoria de carga son los más adecuados para piezas de RF donde el consumo de corriente cambia drásticamente. Además, en aplicaciones de sensores, cuando el ruido por encima de 100 kHz es importante, también hay casos en los que. El ruido de alta frecuencia es bajo. El tipo de bajo consumo es más adecuado que el tipo de alta velocidad. Regulador de voltaje
XC6233: Alta velocidad
XC6215: Bajo consumo
Acerca de RESET IC
Monitorea el voltaje de la batería y cuando cae el voltaje , La MCU envía la señal. Utilice el tipo de consumo ultrabajo para reducir la carga de la batería. El voltaje de la fuente de alimentación de la MCU es el mismo que el voltaje que se está monitoreando, por lo que se puede utilizar el tipo de salida CMOS. El tipo de salida CMOS no requiere una resistencia pull-up y no consume corriente que fluye a través de la resistencia pull-up. También reduce las piezas cuando el producto de drenaje abierto del canal N genera "L" cuando el voltaje de la batería cae, la corriente que fluye a través de la resistencia pull-up utilizada aumentará y el consumo de corriente aumentará, lo que afectará la vida útil de la batería. Las MCU también tienen productos que pueden monitorear el voltaje, como convertidores UVLO y A/D. Para monitoreo de voltaje de bajo consumo y seguridad funcional, los detectores de voltaje son útiles cuando se requieren funciones de monitoreo fuera de la MCU. Detector de voltaje Es una solución que suma funciones y mejora enormemente la durabilidad de la batería añadiendo un interruptor de carga Push Button. Para disfrutar plenamente del control de la MCU y del control de los botones, se requiere una resistencia pull-up para el SBD en el lado derecho del pin del interruptor y el VDD de la MCU. Interruptor de carga con botón pulsador XC6194: 1A SW integrado XC6193: admite Pch externo para controlar una gran corriente
Esta solución tiene las siguientes grandes ventajas.
1. Evitar la descarga de la batería desde el envío del producto hasta el inicio de su uso.
Se denomina "Modo de almacenamiento" y "Modo de envío". Lo mejor para dispositivos con baterías que no se pueden quitar. El consumo actual en este momento es casi 0. Comience con solo presionar un botón. Por supuesto, los botones para el control de la MCU se pueden compartir con este IC.
2. Se puede utilizar como interruptor ON-OFF de alimentación principal.
Se puede utilizar un botón en lugar de un interruptor mecánico para ON-OFF. Por ejemplo, es más adecuado para equipos impermeables. La MCU puede enviar una señal al pin SHDN y apagar el interruptor de carga del botón pulsador. Además, hemos preparado un tipo que puede apagar el interruptor de carga del botón pulsador presionando y manteniendo presionado el botón.
3. Alivia el accidente
Cuando el dispositivo se congela u otras anomalías, puedes utilizar eficazmente la función APAGADO presionando prolongadamente el botón. Seleccionar el tipo que dura 5 segundos o 10 segundos reducirá la posibilidad de apagarse debido a un mal funcionamiento, lo cual es adecuado para contramedidas en caso de accidente. Después de apagarlo, presione el botón nuevamente para iniciarlo normalmente. Y el interruptor de carga con botón pulsador tiene las siguientes características como función beneficiosa para la batería.
Con la función de prevención de corriente de entrada, la corriente de entrada durante el inicio se suprime.
Una vez completado el inicio, hay una salida de pin PG que se puede iniciar para pasar al siguiente nivel. Power IC y MCU funcionan. La función UVLO de 1,2 V permite que el interruptor de carga del botón pulsador entre en el estado de apagado, lo que tiene el efecto de evitar fugas de la batería. Cuando VOUT cae significativamente, la función de protección contra cortocircuitos de salida proporciona protección contra el apagado.
Como se mencionó anteriormente, incluso un dispositivo IoT simple con una MCU conectada directamente a un núcleo que funciona con batería se puede mejorar aún más con un poco esfuerzo Durabilidad de la batería y facilidad para cumplir con requisitos pequeños y de alta sensibilidad.
Dispositivos de Internet de polímero de iones de litio
Aunque funcionan con baterías, los dispositivos de IoT con altas frecuencias de sensores y comunicación y funciones complejas utilizan en su mayoría baterías secundarias de polímeros de iones de litio. La adición de control de carga para baterías primarias y DCDC reductor de consumo ultrabajo que coincide con el voltaje de la fuente de alimentación es una solución de suministro de energía representativa.
Resumen de la solución
Acerca del CHARGER IC
Los dispositivos IoT que utilizan Li-ion/polímero requieren un IC de carga de batería para cargar y una fuente de alimentación para reducir el voltaje a la MCU Reductor CC/CC o regulador de voltaje dentro del rango de voltaje. Primero, explicaré el uso del IC de carga de batería. El voltaje de carga (CV: voltaje de carga) y la corriente de carga (CC: corriente de carga) son las opciones básicas. De acuerdo con la corriente de carga requerida, seleccione el IC de carga y la resistencia RISET. Carga de batería ICXC6808: 5mA ~ 40mA Ya sea interno o externo, se requiere PCM. Con respecto a NTC, si no está integrado en la batería, preste atención a la ubicación de colocación e instálelo externamente. Si no se requiere NTC, maneje el pin de conexión NTC mediante el método especificado para el IC de carga de la batería. Aquí, el pin CSO que muestra el estado de carga se ha utilizado para enviar el estado de carga a la MCU. El pin CSO es una salida de drenaje abierto de canal N y se ha elevado a la fuente de alimentación de la MCU a través de una resistencia para que el nivel "H" de la señal coincida con el rango de voltaje de E/S de la MCU.
Si usa un LED para mostrar el estado de carga, controle el LED con una resistencia limitando la corriente para que la energía se derive del VIN. Esto es para evitar activar el LED con la corriente de carga suministrada por el IC de carga. Se coloca un TVS para protección contra sobretensiones en VIN. Debido a que es un pin externo, puede haber sobretensiones como ESD y un adaptador USB de baja calidad puede generar un voltaje muy alto cuando no hay carga. Se deben tomar contramedidas con TVS y diodos Zener. Además, cuando usa corriente de carga mientras carga, o cuando suministra continuamente 5 V y usa baterías de iones de litio/polímero como respaldo, puede usar un cargador de alta función con la función Current Path que genera la corriente adecuada tanto desde el VIN como desde la batería. CI.
Con ruta de corriente y carga de batería de apagado ICXC6806
Acerca de la batería reductora de CC/CC y LDO de iones de litio/polímero LDO dedicada de MCU de hasta CV = 4,2 V o 4,35 V, en términos generales, la MCU necesita un máximo de Aproximadamente 3,8 V CC/CC reductor o regulador de voltaje. En los dispositivos IoT, la MCU funciona en estado de suspensión durante muchos períodos, por lo que IOUT debe ser eficiente desde el nivel μA (cuando está en suspensión) hasta más de 100 mA (cuando funciona al máximo). Al utilizar un CC/CC reductor con un consumo ultrabajo y una función de conmutación de voltaje de salida (VSET) para este propósito, se puede mejorar aún más la durabilidad de la batería. Si se utiliza la función de conmutación de voltaje de salida, el voltaje de funcionamiento se puede reducir incluso si la corriente es la misma, lo que puede reducir en gran medida el consumo de energía. En términos generales, las MCU requieren un voltaje de suministro de energía más alto cuando funcionan debido a sus operaciones de RF, analógicas y de alta velocidad incorporadas, pero pueden funcionar con el voltaje mínimo durante la suspensión. Por ejemplo, al reducir VOUT de 3,0 V a 1,8 V durante el modo de suspensión, se puede reducir el consumo de energía de la MCU y mejorar considerablemente la durabilidad de la batería. Tensión reducida DC/DCXC9276: Iq = 200 nA, función de conmutación de tensión de salida
También en aplicaciones recargables, incluso los reguladores de voltaje ineficientes a veces se consideran correctos y se utilizan. Regulador de voltaje XC6504: Iq = 0,6 μA, no se requiere condensador de salida
Acerca de RF/Sensor reductor dedicado CC/CC y LDO
RF y los sensores también necesitan reducirse debido a voltaje de batería alto voltaje DC/DC y reguladores de voltaje. Lo importante en RF es una ondulación baja y una EMI baja. Además, el cambio de corriente durante la transmisión de RF es pronunciado, por lo que es adecuado el control HiSAT-COT con excelente respuesta transitoria. Presión reducida DC/DCXC9281: PWM, la solución más pequeña del mundo (3,52 mm2)/baja EMIXC9282: PWM/PFM, la solución más pequeña del mundo (3,52 mm2)/baja EMIXCL221: bobina integrada PWM, 1,2 MHz/alta eficiencia/baja EMIXCL222: bobina un cuerpo tipo PWM/PFM, 1,2 MHz/alta eficiencia/baja EMI
Solo cuando se necesita MCU, configure CE = "H", trabaje para reducir CC/CC y suministre voltaje a RF y sensores para hacer ellos funcionan. Cuando se detiene, no solo se detienen las funciones de RF y sensor, sino que también se detiene el trabajo de CC/CC reductor, lo que permite que la batería se utilice durante mucho tiempo. Para suprimir la ondulación durante el funcionamiento y mantener constante la frecuencia del ruido, el tipo fijo PWM es adecuado. Si hay un estado de trabajo de carga ligera, utilice el tipo de conversión PWM/PFM (cambio automático del modo de trabajo). Si desea utilizar un regulador de voltaje, lo más adecuado es un LDO de alta velocidad con alta supresión de ondulación/bajo ruido y excelente respuesta transitoria de carga con cambios pronunciados en la corriente de consumo, como RF. Además, cuando el ruido por encima de 100 kHz es importante en aplicaciones de sensores, un tipo de bajo consumo con bajo ruido de alta frecuencia puede ser más adecuado que uno de alta velocidad. Regulador de voltaje XC6233: Alta velocidad XC6215: Bajo consumo
Acerca del RESET El IC monitorea el voltaje de la batería mediante un detector de voltaje de consumo ultrabajo. El voltaje de la fuente de alimentación de la MCU es diferente del voltaje de la batería detectado, por lo que se debe usar un tipo de drenaje abierto de canal N para elevar el voltaje de la fuente de alimentación de la MCU a través de una resistencia y transmitir la señal a la MCU. Si desea reducir el consumo de corriente de la resistencia pull-up después de la detección, separe el pin de monitoreo (VSEN) del pin de fuente de alimentación (VIN) y use un tipo de salida CMOS. Se puede utilizar un tipo de salida CMOS obteniendo energía del voltaje de suministro de la MCU. Detector de voltaje Tipo XC6136 N: Iq～100nA (tipo N: salida de drenaje abierto de canal N) Tipo XC6135 C: Iq～100nA, tipo separado por pin sensor (tipo C: salida CMOS)
Acerca de los reinicios con botón pulsador el controlador
Acerca del controlador de reinicio con botón pulsador agregado como contramedida contra accidentes.
Controlador de reinicio con botón pulsador XC6190
Los dispositivos IoT de iones de litio/polímero generalmente no pueden quitar la batería, por lo que deben restablecerse y reiniciarse cuando el dispositivo presenta alguna anomalía, como por ejemplo una falla. En este ejemplo, hay dos botones para el control de la MCU. El botón pulsador reinicia el controlador y se usa junto con él. Al fallar, presione ambos interruptores continuamente al mismo tiempo. Después de que pase el tiempo especificado, RSTB cae a "L" para restablecer la MCU. RSTB es una salida de drenaje abierto de canal N, por lo que se elevará al voltaje de fuente de alimentación de la MCU. Aquí, la señal RESETB se envía a la MCU. También existen métodos como controlar el DC/DC reductor que impulsa la fuente de alimentación de la MCU y forzar un reinicio presionando y manteniendo presionado RESET para apagar el DC/DC. Como se describió anteriormente, al configurar los circuitos integrados con las funciones más apropiadas, se pueden realizar dispositivos IoT de bajo ruido, larga duración y alto rendimiento necesarios para equipos industriales simples.
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