我之前討論了無線傳感器節(jié)點中長電池壽命的重要性以及特定的占空比實現。在這篇文章中，我將詳細介紹這些無線傳感器節(jié)點的一些電源拓撲注意事項。

在某些無線傳感器節(jié)點中，我們必須為各種集成電路提供良好調節(jié)的工作電壓。也許高精度模擬傳感組件需要不漂移的電壓，或者傳感器節(jié)點中的組件需要比電池所能提供的電壓更高的電壓。此外，隨著電池壽命接近尾聲時電壓下降，該電池的可用范圍會縮短。添加一個設計良好的升壓轉換器可以為實現無線傳感器節(jié)點的長電池壽命提供缺失的環(huán)節(jié)。

在占空比無線傳感器節(jié)點中，幾乎整個傳感器節(jié)點在關閉狀態(tài)期間完全斷電。為了獲得最佳電池壽命，這將包括任何電源管理。當轉換到開啟狀態(tài)時，升壓轉換器開始正常運行，為模擬感應電路以及低于 1GHz 的無線微控制器(MCU) 提供經過良好調節(jié)的電壓軌。如果升壓轉換器的效率在通態(tài)電流下非常高，那么由 DC/DC 轉換器的效率損失引起的電池壽命縮短將是最小的。增加一個升壓轉換器也將增加電池的可用電壓范圍。我們無需在電池壽命和良好調節(jié)的電壓軌之間做出妥協(xié)。

適用于濕度和溫度傳感器節(jié)點的 TI Designs 參考設計 ( TIDA-00484 ) 演示了一種優(yōu)化方法，可為占空比傳感器節(jié)點中的模擬傳感和無線 MCU 提供良好調節(jié)的 3.3V 電壓軌。圖 1 是用于低于 1GHz 星形網絡的濕度和溫度傳感器節(jié)點的系統(tǒng)框圖，可實現10 年以上的紐扣電池壽命參考設計。本示例中使用的升壓轉換器具有內置旁路模式，這對于延長電池壽命至關重要。圖 2 顯示了TPS61291 升壓轉換器的典型應用電路。

TPS61291是一款具有引腳可選擇輸出電壓和集成旁路模式的升壓轉換器。在旁路操作中，該設備提供從輸入到系統(tǒng)的直接路徑，并允許諸如MSP430的低功耗微控制器（MCU）直接從單個3V Li-MnO2電池或雙堿性電池單元操作。
在旁路模式下，用于升壓模式操作的集成反饋分壓器網絡與輸出斷開，靜態(tài)電流消耗降至僅15nA（典型）。
在升壓模式下，設備在3.3V輸出和1.8V輸入時提供200mA的最小輸出電流。升壓模式用于需要調節(jié)電源電壓且不能直接從輸入源工作的系統(tǒng)部件。boost變換器基于電流模式控制器，采用同步整流以獲得最大效率，輸出通常消耗5.7μa。在升壓轉換器啟動期間，VSEL引腳被讀出，集成反饋網絡將輸出電壓設置為2.5V、3V或3.3V。
旁路模式或增壓模式操作由系統(tǒng)通過EN/BYP引腳控制。
該設備集成了一個增強的旁路模式控制，以防止在升壓模式操作期間存儲在輸出電容器中的電荷流回輸入并為電池充電。

圖 1：TIDA-00484 參考設計的框圖  

圖 2：TPS61291 升壓轉換器典型應用 

在這種拓撲結構中，毫微功耗系統(tǒng)定時器同時控制超低漏電流負載開關和升壓轉換器旁路模式。在關閉狀態(tài)下，升壓轉換器設置為旁路模式，將電池直接連接到負載開關，同時繞過升壓電感以降低損耗。在此期間升壓轉換器的靜態(tài)電流通常為 15nA。負載開關在關閉狀態(tài)期間打開，從而將濕度傳感器和無線 MCU 與升壓輸出斷開連接，有效地與電池斷開連接。

在開啟狀態(tài)期間，毫微功耗系統(tǒng)定時器將升壓轉換器設置為正常升壓操作并關閉負載開關，從而將模擬傳感和無線 MCU 連接到現在已調節(jié)的 3.3V 電壓軌。添加穩(wěn)壓電壓軌使傳感器節(jié)點能夠更充分地耗盡電池并使用最小電壓可能高于電池電壓的傳感器。

該參考設計優(yōu)化了整個系統(tǒng)的電池壽命，因為升壓轉換器的旁路模式、毫微功耗系統(tǒng)定時器和超低泄漏負載開關將關斷狀態(tài)平均電流降低到幾十毫微安，低于大多數典型的 MCU關機模式。此外，本參考設計中使用的無線 MCU 和濕度傳感器功耗極低，可將通態(tài)平均電流降至 5mA 以下。由于傳感器測量和無線數據傳輸僅需30ms左右即可完成，預計系統(tǒng)電池壽命大于10年（每分鐘測量一次）。

當在具有納功率系統(tǒng)定時器的占空比架構中使用時，該升壓轉換器使無線傳感器節(jié)點成為各種傳感器類型的實際應用。由于系統(tǒng)電池壽命比電池本身的典型保質期更長，此 TI 設計參考設計展示了如何使用差異化升壓轉換器為許多應用實施無線傳感器節(jié)點。