如何用Qoitech公司的OTII-ARC-001物联网低功耗仪器来进行器件选型?

发布时间:2020/3/15

在物联网设备中,有一个高效的电源管理系统来从电池中获取尽可能多的能量是至关重要的。其中一个重要的部分是设计一个高效的DC/DC变换器,提高从电池到终端的电压。在这个例子中,我们使用1.5V的碱性电池来获得3.3V的输出。为了获得高效率的设计,需要大量的知识和测量。一家小型物联网公司通常有限地使用昂贵的测量设备,因此本文描述了两种廉价和快速的设计帮助。帮助计算目标系统在整个电池寿命期间的效率值,帮助设计者选择最有效的DC/DC变换器和电感。通过使用两个Otii,帮助充分描述一个或几个具有不同电感的DC/DC的工作范围。最后,设计人员可以选择最佳组合来获得最佳的电池性能。测量装置例1Otii-Arc-001来自QOITECH AB(本文其余部分称为Otii),用作电池,将电压从1.5V降至0.9V,通过将DC/DC(Otii扩展端口ADC测量电流和电压)的输出能量与DC/DC(Otii主电流和电压)的输入能量分开来测量效率。负载是DUT(正在测试的设备,即目标系统)。必须指出,正如后面将讨论的那样,测量应该足够长,以确保计算出正确的平均值。

1:案例1的测量设置



 对图1所示的设置,DUT30秒测量一次温度、湿度和光线,平均使用10个这样的周期。总效率值是通过加权电池在给定电压水平上保持的时间来计算的,见图2,其中估计电池9%的时间为1.5 V8%的时间为1.4 V,等等。这是不完全正确的,但对这种情况是一个充分的估计。



 




2AAA电池放电剖面图。



 

案例2Otii作为电池,将电压从1.5V降到0.9 V。这个源Otii是做测量的。其他Otii作为一个可编程恒流负载,从1 mA3 mA5 mA10 mA30 mA50 mA,最后90 mA(DC/DC上限为100 mA)开始。



 



 




3:案例2的度量设置。



 



Otii通过将输出能量(Otii扩展端口、ADC测量电流和电压)除以输入能量(Otii主电流和电压)来衡量效率。通常,输出电压乘以输出电流除以输入电压乘以输入电流,但是由于Otii计算和显示能量,所以使用这个方法要简单得多。Otii工具还允许使用感测和感觉输入测量输入和输出电压的可能性。这将不会在这里讨论,因为相当低的电流和Otii是与短,低电阻电缆连接。Otiis,或与之相连接的Otiis,以及所有的测量(主电流、主电压、扩展端口ADC电流、扩展端口ADC电压、Ssnse等等)。显示在同一窗口中,因此很容易显示生成的数据。结果这些病例使用了三种不同的德州仪器DC/DCTPS61097A-33DBVT
TLV61220DBVR TPS61221DCKT
,对DUT进行了10个周期的测量,即每个电池电压10x30s=5 min。图4显示了TPS91097A-33DVBT
DC/DC
的屏幕截图。



 



4:案例1 Otii测量,TPS91097A-33DVBT



 Otii工具通过将输出能量除以输入能量来计算效率。然后根据案例1的度量设置中的描述对效率值进行加权。图5显示了对所有三个DC/DC的概述。



 



5:不同DC/DC的效率计算。



 



这种计算也可以在带有lua脚本(https://www.lua.org)的Otii中自动完成,但图5显示了它在Excel中,以使它更加可见。 三种DC/DC对小4.7μH芯片电感的性能几乎相同。为了继续进行DC/DC的研究,使用了不同的电感来观察效率是否有所提高。选择了三种不同的Bourns电感和一种村田电感。 4.7μH(村田) 4.7μHBourns 12μHBourns 22μHBourns 对于这个应用程序来说,22μH电感太大了,但是看到它的性能是很有趣的。 与以前相同的设置与选择作为DC/DC和电感作为变量的TPS61097A-33DBVT一起使用(图6)。



 



6:不同电感的效率计算。



 结果表明,采用较高效率的DC/DC溶液,可获得更大、更低的电阻电感。然而,巨大的22H感应器并不是一条路。为了更多地了解DC/DC的行为,使用案例2来获得DC/DC在一定输入电压和负载范围内的更深入的特性。首先,图7查看了大22 H电感的测量结果。图8显示了对其他电感的相同分析。



 



7:例2,带有大22 H电感的TPS61097A-33DVBTOtii测量



 下沉开始于1 mA,然后是3 mA5 mA10 mA30 mA50 mA,最后是90 mA。这是重复所有电池电压。如图7所示,DC/DC不能在较低的输入电压下处理90 mADC/DC不能调节这些低电压,并开始振荡。数据存储在Matlab导入的.csv文件中,便于分析和绘图。效率与图8中的输出电流有关。



 


8MATLAB图显示不同电感的DC/DC效率



这是查看DC/DC在不同负载条件下的行为的一种非常好的方法。在这里可以找到完整的Otii脚本、Otii项目文件、.csv文件和Matlab代码。结论Otii是一种非常有用的分析DC/DC效率的工具,无论是在预期的系统中还是在完整的特征描述上。在本分析中使用的简单系统中,三种TI DC/DC的性能非常相似,选择TPS61097A-33DBVT的原因只是因为它有SOT23-5封装。在电感选择方面,由于12 H电感效率较高,且有一定的空间,因此应选用12 H电感。本文中DC/DC和电感的数量仅限于几个,但这一分析可以扩展到包括任何设计师收藏夹。欲知更多信息,请访问Quitech的功能页面。免责声明:各作者和/或论坛参与者在本网站上表达的意见、信念和观点不一定反映Digi-key电子或Digi-key电子的官方政策的意见、信念和观点。分享本文相关视频Otii功能发布日期:2018-04-10 QuitechMelexis新产品发现第28集出版日期:2018-11-20相关产品培训模块电源感应器多层功率感应器通过在铁氧体磁性材料层上嵌入电感线圈形成一个低轮廓、成本友好的系列。磁性产品概述介绍伯恩斯的磁性产品线和产品选择工具,可在伯恩斯的网站上找到。相关产品SMD功率感应器系列波恩斯介绍了9SMD功率电感系列,包括屏蔽结构和非屏蔽结构,用于汽车应用。OTII开发工具用于物联网能源优化Otii是一个开发工具,由Qoitech设计,简化能源消耗的测量,使物联网设备和应用的能源优化。电源管理TI是您的最终动力资源,携带行业领先的电源管理解决方案,以确保产品适合您的设计。关于这位作者,Bj rn RosqvisBj rn RosqwitzQuoitech的硬件主工程师,这家位于瑞典的初创公司推出了新的破坏性电力分析仪Otii。比约恩拥有瑞典林克平大学应用物理和电气工程理学硕士学位。他一直在电力电子、汽车和电信领域工作,既在大公司工作,也在初创公司工作。在过去的13年里,他一直在与终端合作


Otii 脚本

这里有完整的 Otii 脚本、Otii 项目文件、.csv 文件和 Matlab 代码

总结

Otii 是一个非常有用的工具,可以轻松分析 DC/DC 转换器的效率,既适合在目标系统中使用,也可用来实现完整的特征化。

在本文件分析所采用的简单系统中,三种 TI DC/DC 转换器的性能非常相似;之所以选择 TPS61097A-33DBVT,只是因为它采用了 SOT23-5 封装。关于电感器选择,应选择 12 μH 电感器,因为它具有更高的效率,并且有足够的空间来使用它。

本文中提到的 DC/DC 转换器和电感器的数量很少,但设计人员可以根据此分析扩展到自己喜欢的元器件。

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