Terlepas dari sumber dayanya, solusi hemat daya penting untuk pemanfaatan sistem IIoT. Dikarenakan catu daya yang terbatas. Oleh karena itu, para insinyur harus merancang solusi berdaya rendah untuk sistem IIoT. Gunanya untuk mengurangi disipasi daya dan/atau memperpanjang masa pakai baterai. 

Merancang solusi berdaya rendah sering kali dimulai dari tingkat komponen. Konfigurasi aplikasi penginderaan IIoT biasanya terdiri dari CPU, sensor, dan modul nirkabel kontrol, akuisisi data lingkungan, dan komunikasi. 

Karena perangkat ini beroperasi dalam beberapa mode daya, termasuk aktif dan siaga. Perangkat ini memerlukan daya konstan untuk transisi yang efisien antar mode. Misalnya, aplikasi penginderaan IIoT dapat bertransisi dari mode siaga hemat daya ke mode transmisi data nirkabel intensif daya.

Dengan menggabungkan IC daya, konverter DC/DC mode ultra-low-power (ULP), para insinyur dapat memastikan konsumsi daya yang optimal dalam aplikasi IIoT yang digerakkan oleh baterai.

Tantangan dengan IC Daya Konvensional: Kelemahan Regulator Linier

Regulator tegangan linier dan konverter switching tergabung dalam perangkat elektronik dengan sumber daya baterai. 

Regulator linier memodulasi tegangan output dari catu daya menggunakan teknik linier non-switching. Beberapa manfaat regulator linier dalam aplikasi yang digerakkan oleh baterai yaitu biaya rendah, minimum kompleksitas sirkuit, dan jumlah komponen eksternal yang rendah.

Karena manfaat ini, regulator linier tetap menjadi komponen integral dalam sejumlah aplikasi. 

Namun, regulator linier menunjukkan beberapa kelemahan. Dapat berdampak buruk pada efisiensi aplikasi IIoT yang digerakkan oleh baterai, termasuk:

• Jumlah sel tinggi
• Tegangan putus lebih besar
• Daya tahan baterai berkurang
• Efisiensi rendah
• Generasi panas tinggi

Pembangkitan Panas dalam Regulator Linier

Mari kita lihat hubungan antara regulator linier dan tantangan manajemen panas dan jumlah sel baterai.  

Kelemahan utama dari regulator linier adalah pembangkitan panas yang tinggi. Umumnya, penggunaan regulator linier yang diperpanjang untuk membantu menyalakan elektronik.

Ini menyebabkan IC menghasilkan panas dalam jumlah yang signifikan, jauh di atas kisaran suhunya. Ini dapat menyebabkan IC mati pada interval tertentu. 

Untuk memastikan IC berada di kisaran suhu yang ditentukan, beberapa aplikasi butuh heatsink. Selain tegangan keluaran yang konstan, pembangkitan panas yang berlebihan pada regulator linier menghasilkan inefisiensi yang tinggi. Sulit memenuhi persyaratan hemat daya aplikasi IIoT yang digerakkan oleh baterai.

Regulator Linier dan Jumlah Sel Baterai 

Kelemahan lain adalah regulator linier sering menghasilkan jumlah sel baterai yang lebih tinggi.

Insinyur harus memenuhi persyaratan jumlah sel yang ketat dalam menggabungkan regulator linier. Tegangan output yang lebih tinggi butuh jumlah sel yang terhubung seri yang cukup tinggi. Misalnya, output 3,3 V memerlukan setidaknya tiga sel baterai alkaline, NiCd, atau NiMH 1-1,5 V tambahan.

Sebab, sel baterai lithium menawarkan voltase yang lebih tinggi. Sedangkan aplikasi berbasis baterai lithium mungkin memerlukan lebih sedikit sel. Sementara, output 5 V mungkin memerlukan  lima sel tambahan, output 12 V memerlukan jumlah sel yang lebih tinggi.

Dengan demikian, aplikasi berbasis baterai regulator linier menunjukkan jumlah sel yang tinggi. Terlepas dari jenis baterainya ,masalah yang muncul yaitu biaya desain yang tinggi, ukuran perangkat yang besar, dan penggunaan daya yang tidak efisien.

Berdasarkan penilaian kelemahan regulator linier ini, efisiensi yang lebih tinggi dapat meningkatkan kinerja dan optimalisasi daya dalam aplikasi IIoT.

Optimalisasi Daya untuk Aplikasi IIoT: DC/DC Buck Converters

Dengan menggabungkan konverter arus DC/DC ke perangkat IIoT, desainer dapat mencapai efisiensi yang lebih tinggi.

Tidak seperti regulator linier, konverter buck DC/DC menghasilkan panas rendah. Dengan begitu menghindari kebutuhan heat sink yang besar.

Hadirnya elemen switching, IC daya ini dapat mengubah catu daya yang masuk menjadi tegangan berdenyut. Konverter buck menghaluskan tegangan berdenyut menggunakan induktor, kapasitor, dan elemen lainnya.

Menggabungkan konverter DC/DC ke dalam aplikasi IIoT yang digerakkan oleh baterai dapat memperpanjang masa pakai baterai. Dengan memaksimalkan efisiensi switching konverter, menghasilkan disipasi daya yang rendah dan pembangkitan panas.

IC daya memastikan konsumsi daya yang dioptimalkan dengan menyimpan sementara energi input. Lalu melepaskannya pada tegangan output yang diperlukan.

Selain itu, beberapa konverter buck menawarkan kemampuan tambahan seperti mode ultra-low-power (ULP), yang memberikan respons transien dan kontrol ON-time konstan optimal. Sangat bermanfaat bagi aplikasi penginderaan IIoT.

Konverter buck berkemampuan ULP bertransisi antara mode normal. ULP dengan memantau tegangan output secara pulsa-demi-pulsa. Desainer dapat memanfaatkan dua komparator—misalnya, komparator utama dan ULP—untuk memantau tegangan keluaran IC.

Selain itu, dengan mendeteksi perubahan impedansi yang diinduksi tegangan pada komparator ini, IC dapat beralih dari mode normal ke mode ULP, dan sebaliknya. 

 

Transisi yang mulus ini juga merupakan sumber penting pengoptimalan daya dalam aplikasi IIoT.

Solusi Daya ROHM untuk Aplikasi IIoT

Salah satu tempat untuk mencari solusi IIoT adalah ROHM.

ROHM menawarkan solusi kinerja tinggi, teknologi nano peningkatan produktivitas, biaya yang lebih rendah.

Menampilkan desain, proses, dan tata letak sirkuit analog yang disempurnakan, ROHM mengembangkan solusi IC daya canggih dengan konsumsi daya rendah yang belum pernah ada.

Lebih khusus lagi, konverter buck DC/DC BD70522 dapat menawarkan salah satu arus diam (IQ) terendah 180 nA. Spesifikasi ini cocok untuk aplikasi IIoT yang digerakkan oleh baterai.

Selain itu, mode ultra-low-power (ULP) dan kemampuan kontrol ON-time (COT) memberikan respons sementara dan penghematan daya.

Kemampuan ini juga memberikan efisiensi beban ringan tingkat lanjut untuk meminimalkan rentang beban hingga 10μA.

Secara keseluruhan, solusi daya ROHM cocok untuk aplikasi lain seperti termostat, detektor asap, pemanen energi, dan aplikasi IQ rendah bebas pengalih siaga.