如何正确电源管理?

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作为物联网技术的核心挑战之一,电池寿命受到设备的硬件和固件的结构、大小、环境等等的影响。关于电源寿命的损耗,是一直都在探讨的问题,也需要不断的精近。在技术方面,我们首先要准确了解设备的用途,然后为其设定电池寿命,需要遵循三个主要标准:性能提高、成本控制和外形尺寸控制。本文将从这三个标准来展开对电源的寿命管理。

1、性能方面如何优化?

性能的优化是进行任何设计调整的第一标准:每种对策可以延长多久的电池寿命?一些简单的设计调整就可以有很好的效果。首先可以尝试关闭不在使用中的外围设备电源,以最大程度地降低功耗和泄漏。实际上,一点点节省累积起来可以将电池寿命最多延长2.5倍。

使用降压稳压器来提高电池寿命也有差不多的效果。但是,降压稳压器可能无法适用于所有情况,这是因为它们的开关频率可能会给电源引入大量噪声。

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 图2 降压稳压器

在噪声敏感元件(例如传感器或无线电)上添加另一个低压差线性稳压器(LDO)就可以解决这个问题。当无法使用降压稳压器时,将电源域区分开有助于平衡散热和磨损。与单个电源域相比,这个方法预计可使电池寿命提升到初始值的1.5倍。

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图3:低压差线性稳压器(LDO)稳压器

最后一种简单的策略是使用负载开关来切断系统中所有未使用的元件。这个方法至少可以提升10%的电池寿命(这取决于设备的应用和切断的元件)。

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图4:仿真

通过使用这些方案可以显著降低功耗。但如果这还不够的话,就应考虑使用更大的电池。更大的电池可能意味着产品特性发生重大改变,所以只应在无计可施时才采用。

2、成本方面该如何考虑?

具体选择哪种电源管理策略还取决于其对设备最终价格的影响。在实践中,设计上的改变通常意味着额外的成本增加。例如,使用降压稳压器这一高效方案在某些情况下由于相对价格较高,所以通常会被放弃。

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表1:降压稳压器的成本

相反,切断不用的外围设备电源不仅拥有出色的效果,而且几乎对预算没有任何影响。

使用额外的LDO被证明是经济可行的。虽然这对于功耗的改善可能不太明显,但这仍是一种令人满意的低成本策略。

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表2:LDO的成本

最后,负载开关不仅易于实现,而且价格合理。尽管电池续航时间上的增益比其它方案要小,但对于大多数高端用途来说,这个方法必不可少。

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表3:其他元件的成本

很明显,使用更大电池这一选项将是我们最后才会考虑的,因为这会是最贵的选择。

3、外形尺寸方面做何种选择?

最后一个会影响电源管理技术选择的是设备的外形尺寸。设备的外形尺寸会对决策过程产生或多或少的影响。例如,它会对可用的工程资源、项目的进展、设备的尺寸和重量限制等等产生影响。关闭外围设备电源这一方法有着明显的优势。实现这种简单的技术可能需要重写一些现有的软件和驱动程序,但不需要任何硬件上的修改。如果需要添加负载开关,开关占用空间将非常小,且添加任务非常简单.相反,选择更大的电池将扩大设备的外形尺寸和封装面积,并且很有可能导致需要重新设计机械外壳。但是,如果在设计初期进行这个修改,其影响可能会很小。某些解决方案需要添加无源器件,这对于使用降压稳压器(六个附加无源器件)或LDO稳压器(四个附加无源器件)来说,会略微增加设计上的复杂性。这些技术将影响PCB的占位面积(电感器有时可能比稳压器IC本身还要大)。

 小结

依据三个关键标准(性能、价格、外形尺寸)和对设备的深入了解,可以找到最适合的解决方案。在具体施行过程中,我们不能漏了对每个解决方案进行测试这一步,并通过仿真观察每个方案带来的影响。

 

 

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