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如何用Qoitech公司的OTII-ARC-001物聯(lián)網(wǎng)低功耗儀器來進行器件選型？
發(fā)布時間：2020/3/15
在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中，有一個高效的電源管理系統(tǒng)來從電池中獲取盡可能多的能量是至關(guān)重要的。其中一個重要的部分是設(shè)計一個高效的DC/DC變換器，提高從電池到終端的電壓。在這個例子中，我們使用1.5V的堿性電池來獲得3.3V的輸出。為了獲得高效率的設(shè)計，需要大量的知識和測量。一家小型物聯(lián)網(wǎng)公司通常有限地使用昂貴的測量設(shè)備，因此本文描述了兩種廉價和快速的設(shè)計幫助。幫助計算目標系統(tǒng)在整個電池壽命期間的效率值，幫助設(shè)計者選擇最有效的DC/DC變換器和電感。通過使用兩個Otii，幫助充分描述一個或幾個具有不同電感的DC/DC的工作范圍。最后，設(shè)計人員可以選擇最佳組合來獲得最佳的電池性能。測量裝置例1：Otii-Arc-001來自QOITECH AB(本文其余部分稱為Otii)，用作電池，將電壓從1.5V降至0.9V，通過將DC/DC(Otii擴展端口ADC測量電流和電壓)的輸出能量與DC/DC(Otii主電流和電壓)的輸入能量分開來測量效率。負載是DUT(正在測試的設(shè)備，即目標系統(tǒng))。必須指出，正如后面將討論的那樣，測量應(yīng)該足夠長，以確保計算出正確的平均值。
圖1：案例1的測量設(shè)置
對圖1所示的設(shè)置，DUT每30秒測量一次溫度、濕度和光線，平均使用10個這樣的周期?？傂手凳峭ㄟ^加權(quán)電池在給定電壓水平上保持的時間來計算的，見圖2，其中估計電池9%的時間為1.5 V，8%的時間為1.4 V，等等。這是不完全正確的，但對這種情況是一個充分的估計。
案例2：Otii作為電池，將電壓從1.5V降到0.9 V。這個源Otii是做測量的。其他Otii作為一個可編程恒流負載，從1 mA，3 mA，5 mA，10 mA，30 mA，50 mA，最后90 mA(DC/DC上限為100 mA)開始。
圖3：案例2的度量設(shè)置。
源Otii通過將輸出能量(Otii擴展端口、ADC測量電流和電壓)除以輸入能量(Otii主電流和電壓)來衡量效率。通常，輸出電壓乘以輸出電流除以輸入電壓乘以輸入電流，但是由于Otii計算和顯示能量，所以使用這個方法要簡單得多。Otii工具還允許使用感測和感覺輸入測量輸入和輸出電壓的可能性。這將不會在這里討論，因為相當?shù)偷碾娏骱?/span>Otii是與短，低電阻電纜連接。Otiis，或與之相連接的Otiis，以及所有的測量(主電流、主電壓、擴展端口ADC電流、擴展端口ADC電壓、Ssnse等等)。顯示在同一窗口中，因此很容易顯示生成的數(shù)據(jù)。結(jié)果這些病例使用了三種不同的德州儀器DC/DC。TPS61097A-33DBVT
TLV61220DBVR TPS61221DCKT，對DUT進行了10個周期的測量，即每個電池電壓10x30s=5 min。圖4顯示了TPS91097A-33DVBT
DC/DC的屏幕截圖。
圖4：案例1 Otii測量，TPS91097A-33DVBT。
Otii工具通過將輸出能量除以輸入能量來計算效率。然后根據(jù)案例1的度量設(shè)置中的描述對效率值進行加權(quán)。圖5顯示了對所有三個DC/DC的概述。
圖5：不同DC/DC的效率計算。
這種計算也可以在帶有lua腳本（https://www.lua.org）的Otii中自動完成，但圖5顯示了它在Excel中，以使它更加可見。 三種DC/DC對小4.7μH芯片電感的性能幾乎相同。為了繼續(xù)進行DC/DC的研究，使用了不同的電感來觀察效率是否有所提高。選擇了三種不同的Bourns電感和一種村田電感。 4.7μH（村田） 4.7μH（Bourns） 12μH（Bourns） 22μH（Bourns） 對于這個應(yīng)用程序來說，22μH電感太大了，但是看到它的性能是很有趣的。 與以前相同的設(shè)置與選擇作為DC/DC和電感作為變量的TPS61097A-33DBVT一起使用（圖6）。
圖6：不同電感的效率計算。
圖7：例2，帶有大22 H電感的TPS61097A-33DVBT的Otii測量
下沉開始于1 mA，然后是3 mA，5 mA，10 mA，30 mA，50 mA，最后是90 mA。這是重復(fù)所有電池電壓。如圖7所示，DC/DC不能在較低的輸入電壓下處理90 mA。DC/DC不能調(diào)節(jié)這些低電壓，并開始振蕩。數(shù)據(jù)存儲在Matlab導(dǎo)入的.csv文件中，便于分析和繪圖。效率與圖8中的輸出電流有關(guān)。
圖8：MATLAB圖顯示不同電感的DC/DC效率
這是查看DC/DC在不同負載條件下的行為的一種非常好的方法。在這里可以找到完整的Otii腳本、Otii項目文件、.csv文件和Matlab代碼。結(jié)論Otii是一種非常有用的分析DC/DC效率的工具，無論是在預(yù)期的系統(tǒng)中還是在完整的特征描述上。在本分析中使用的簡單系統(tǒng)中，三種TI DC/DC的性能非常相似，選擇TPS61097A-33DBVT的原因只是因為它有SOT23-5封裝。在電感選擇方面，由于12 H電感效率較高，且有一定的空間，因此應(yīng)選用12 H電感。本文中DC/DC和電感的數(shù)量僅限于幾個，但這一分析可以擴展到包括任何設(shè)計師收藏夾。欲知更多信息，請訪問Quitech的功能頁面。免責(zé)聲明：各作者和/或論壇參與者在本網(wǎng)站上表達的意見、信念和觀點不一定反映Digi-key電子或Digi-key電子的官方政策的意見、信念和觀點。分享本文相關(guān)視頻Otii功能發(fā)布日期：2018-04-10 Quitech和Melexis新產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)第28集出版日期：2018-11-20相關(guān)產(chǎn)品培訓(xùn)模塊電源感應(yīng)器多層功率感應(yīng)器通過在鐵氧體磁性材料層上嵌入電感線圈形成一個低輪廓、成本友好的系列。磁性產(chǎn)品概述介紹伯恩斯的磁性產(chǎn)品線和產(chǎn)品選擇工具，可在伯恩斯的網(wǎng)站上找到。相關(guān)產(chǎn)品SMD功率感應(yīng)器系列波恩斯介紹了9個SMD功率電感系列，包括屏蔽結(jié)構(gòu)和非屏蔽結(jié)構(gòu)，用于汽車應(yīng)用。OTII開發(fā)工具用于物聯(lián)網(wǎng)能源優(yōu)化Otii是一個開發(fā)工具，由Qoitech設(shè)計，簡化能源消耗的測量，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用的能源優(yōu)化。電源管理TI是您的最終動力資源，攜帶行業(yè)領(lǐng)先的電源管理解決方案，以確保產(chǎn)品適合您的設(shè)計。關(guān)于這位作者，Bj rn RosqvisBj rn Rosqwitz是Quoitech的硬件主工程師，這家位于瑞典的初創(chuàng)公司推出了新的破壞性電力分析儀Otii。比約恩擁有瑞典林克平大學(xué)應(yīng)用物理和電氣工程理學(xué)碩士學(xué)位。他一直在電力電子、汽車和電信領(lǐng)域工作，既在大公司工作，也在初創(chuàng)公司工作。在過去的13年里，他一直在與終端合作。
Otii 腳本
這里有完整的 Otii 腳本、Otii 項目文件、.csv 文件和 Matlab 代碼。
總結(jié)
Otii 是一個非常有用的工具，可以輕松分析 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的效率，既適合在目標系統(tǒng)中使用，也可用來實現(xiàn)完整的特征化。
在本文件分析所采用的簡單系統(tǒng)中，三種 TI DC/DC 轉(zhuǎn)換器的性能非常相似；之所以選擇 TPS61097A-33DBVT，只是因為它采用了 SOT23-5 封裝。關(guān)于電感器選擇，應(yīng)選擇 12 μH 電感器，因為它具有更高的效率，并且有足夠的空間來使用它。
本文中提到的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和電感器的數(shù)量很少，但設(shè)計人員可以根據(jù)此分析擴展到自己喜歡的元器件。
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