“间歇工作”是大幅降低IoT通信设备、监控设备的消耗电力的方法之一。
在此,将介绍间歇工作与消耗电流的关系,以及以更低的消耗电流实现间歇工作的回路示例。
1. 何谓间歇工作
我们对间歇工作这一说法可能并不熟悉,但间歇工作本身却是日常生活中广泛应用的一项技术。
像间歇雨刷或间歇泉那样,“间歇”含有“事情在一定的时间发生或停止”的含义。 “间歇工作”是电气控制领域的常用表述。其为系统的动作控制之一,具体指定期重复通常工作与待机工作的控制方法。
例如,在使用电池驱动的设备或能量收集设备等电力有限的系统中,如果一直持续通常工作,则会消耗大量电流,使得系统无法正常维持所需的电力。
因此,为了降低消耗电流,有效地利用电力,此类设备多采用“间歇工作”的方式,即将系统的动作定期切换为待机工作。 对于定期切换为待机工作亦不会产生影响的设备(IoT通信设备、监控设备)来说,为了降低其消耗电流,间歇工作可谓是非常有效的方式。
2. 间歇工作的消耗电流
在此,我们来具体地看一下间歇工作与消耗电流之间的关系。
间歇工作模式下,如下所述,系统重复进行通常工作与待机工作,因而能够降低平均消耗电流。
IOPE=通常工作时的消耗电流
ISTANDBY=待机工作时的消耗电流
IAVE=平均消耗电流
TOPE=通常工作时间
TSTANDBY=待机工作时间
平均消耗电流IAVE可根据以下公式进行计算。
IAVE=
IOPE × TOPE + ISTANDBY × TSTANDBY
TOPE + TSTANDBY
例如, 按照IOPE=10mA、ISTANDBY=10μA(=0.01mA)进行间歇工作,其中,1秒钟之内仅进行1次持续时间为0.1秒(TOPE=0.1sec、TSTANDBY=0.9sec) 的通常工作时,
IAVE=
10mA × 0.1sec + 10μA × 0.9sec
0.1sec + 0.9sec
= 1.009mA ≒ 1mA
即通常工作时的消耗电流为10mA,而采用间歇工作的方式时,可将消耗电流降至大约1/10。也就是说,间歇工作模式下,待机工作所占的时间比例越高,越能有效地降低系统的消耗电流。
3. 间歇工作使用示例
~①使用MCU的回路示例
如果在MCU中提前编写将系统由待机工作切换为通常工作的周期的程序,则能够利用MCU控制系统的间歇工作。
那么,我们来计算一下使用MCU执行间歇工作时所得出的平均消耗电流。
假设待机工作所占的比例足够大。
例如,按照IOPE=10mA,LDO(低压差稳压器)的ISTANDBY=5μA、MCU的ISTANDBY(休眠模式时)=5μA进行间歇工作,其中,1小时内仅进行1次持续时间为0.1秒(TOPE=0.1sec、TSTANDBY=3599.9sec)的通常工作时,
IAVE=
10mA × 0.1sec + (5μA + 5μA) × 3599.9sec
0.1sec + 3599.9sec
= 10.3μA ≒ 10μA
该情况下,如下图所示,能够将平均消耗电流IAVE降低至与待机工作时的消耗电流ISTADNBY基本相等的程度。
4.间歇工作使用示例
~②使用定时器IC(Timer IC)的超低耗电回路示例
希望进一步降低消耗电流,使其低于3中所述示例的消耗电流时,我们可以考虑到
- 选择低耗电的LDO
- 选择低耗电的休眠模式的MCU
的方式,但是
- 使MCU完全处于OFF(关)状态,以低耗电的定时器IC作为唤醒触发器
也是一种有效的方法。
一般说来,此类定时器IC的消耗电流小于MCU为休眠模式时的消耗电流,从而能够进一步降低平均消耗电流。
那么,我们来计算一下使用定时器IC时的平均消耗电流。
假设所使用的定时器IC为S-35710。
假设IOPE=10mA,LDO的ISTANDBY=5uA。由于MCU可以切换为完全OFF(关)状态而非休眠模式,因此MCU的ISTANDBY=0uA。
按照定时器ICS-35710的ISTANDBY=0.2uA进行间歇工作,其中,1小时内仅进行1次持续时间为0.1秒(TOPE=0.1sec、TSTANDBY=3599.9sec)的通常工作时,
IAVE=
10mA × 0.1sec + (5μA + 0.2μA) × 3599.9sec
0.1sec + 3599.9sec
= 5.5μA
与3.所述的使用MCU的休眠模式进行的间歇工作相比,平均消耗电流大约可降至一半。
5. 选择恰当的间歇工作用IC的方法
如前面所述,希望通过间歇工作降低消耗电流时,有效的方式有
- 使用休眠模式时的消耗电流较低的MCU
- 使用待机工作时可使MCU完全处于OFF(关)状态的低耗电定时器IC为唤醒触发器
- LDO在待机工作与通常工作时均需一直动作,因此选用低耗电的LDO。
艾普凌科有限公司的IC为极低耗电的间歇工作提供支持
艾普凌科有限公司生产定时器IC与LDO,为实现间歇工作提供支持。
尤其,使用唤醒定时器IC S-35710C01与LDO S-1318时,能够大幅降低系统的消耗电流。
S-35710C01的消耗电流为0.2uA,S-1318的消耗电流为0.095uA,因此,如果按照“4.间歇工作使用示例②”所述的条件*,
*1小时内仅进行1次持续时间为0.1秒(TOPE=0.1sec、TSTANDBY=3599.9sec)的通常工作时
IAVE=
10mA × 0.1sec + (0.095μA + 0.2μA) × 3599.9sec
0.1sec + 3599.9sec
= 0.57μA
除此之外,艾普凌科有限公司还生产唤醒定时器IC、间隔定时器IC,此类产品能够为间歇工作提供支持,且消耗电力低,能够灵活地设定时间。 为IoT通信设备、监控设备、安检设备等各种领域的电池驱动系统以及能量收集系统的开发提供支持。
希望通过间歇工作实现设备的低耗电时,请一定考虑艾普凌科有限公司的产品。