बैटरी चालित इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) सेंसर को यथासंभव कम ऊर्जा की खपत करते हुए डेटा एकत्र करने और जानकारी प्रसारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सामान्य उदाहरणों में तापमान सेंसर, पर्यावरण मॉनिटर, एसेट ट्रैकर, वायरलेस डोर सेंसर और दूरस्थ औद्योगिक निगरानी उपकरण शामिल हैं।

इनमें से कई उत्पाद अपना अधिकांश समय कम-शक्ति वाली नींद की स्थिति में बिताते हैं और डेटा को मापने या वायरलेस तरीके से संचार करने के लिए समय-समय पर जागते हैं। इन बदलावों के दौरान, बिजली आपूर्ति में मौजूदा मांग में अचानक बदलाव का अनुभव हो सकता है।

मल्टीलेयर सिरेमिक कैपेसिटर (एमएलसीसी) स्थानीय पावर रेल को स्थिर करने, विद्युत शोर को फ़िल्टर करने और विश्वसनीय सेंसर संचालन का समर्थन करने में मदद करते हैं। हालाँकि, सही कैपेसिटर का चयन करने के लिए नाममात्र कैपेसिटेंस से अधिक पर ध्यान देने की आवश्यकता होती है।

इंजीनियरों और इलेक्ट्रॉनिक्स खरीदारों के लिए, मुख्य चुनौती विद्युत प्रदर्शन, पीसीबी स्थान, बिजली की खपत और दीर्घकालिक विश्वसनीयता के बीच उचित संतुलन ढूंढना है।

1. बैटरी चालित IoT उपकरणों में MLCCs क्यों महत्वपूर्ण हैं

एक विशिष्ट बैटरी चालित सेंसर में एक माइक्रोकंट्रोलर, सेंसिंग तत्व, वायरलेस संचार मॉड्यूल, पावर प्रबंधन सर्किट और एक या अधिक वोल्टेज नियामक हो सकते हैं।

प्रत्येक सर्किट ब्लॉक में अलग-अलग कैपेसिटर आवश्यकताएं हो सकती हैं।

एमएलसीसी का आमतौर पर उपयोग किया जाता है:

• बिजली आपूर्ति डिकूपिंग: एकीकृत सर्किट पावर पिन के पास स्थिर वोल्टेज बनाए रखने में मदद करना।
• क्षणिक वर्तमान समर्थन: बढ़ी हुई वर्तमान मांग की छोटी अवधि के दौरान स्थानीय शुल्क प्रदान करना।
• सेंसर सिग्नल फ़िल्टरिंग: उपयुक्त एनालॉग सर्किट में अवांछित शोर को फ़िल्टर करने में मदद करना।
• वोल्टेज नियामक समर्थन: नियामक डिजाइन द्वारा अनुमति मिलने पर इनपुट या आउटपुट कैपेसिटर के रूप में कार्य करना।
• उच्च-आवृत्ति बाईपासिंग: उच्च-आवृत्ति धारा के लिए एक स्थानीय पथ प्रदान करना।

एक संधारित्र की उपयुक्तता सर्किट में उसकी स्थिति पर निर्भर करती है। वायरलेस मॉड्यूल के पास उपयोग किए जाने वाले कैपेसिटर की सटीक तापमान-संवेदन सर्किट में उपयोग किए जाने वाले कैपेसिटर से भिन्न आवश्यकताएं हो सकती हैं।

प्रत्येक संधारित्र के उद्देश्य को समझने से इंजीनियरों को अनावश्यक कैपेसिटेंस, अनुपयुक्त ढांकता हुआ विकल्प और अप्रभावी पीसीबी प्लेसमेंट से बचने में मदद मिलती है।

2. वायरलेस ट्रांसमिशन के दौरान पावर स्थिरता

वायरलेस संचार वर्तमान खपत में अचानक परिवर्तन ला सकता है। एक उपकरण जो आमतौर पर नींद के दौरान बहुत कम करंट खींचता है, जब उसका रेडियो डेटा संचारित करता है तो उसे काफी अधिक करंट की आवश्यकता हो सकती है।

यदि बिजली वितरण नेटवर्क पर्याप्त रूप से प्रतिक्रिया नहीं दे सकता है, तो आपूर्ति वोल्टेज अस्थायी रूप से गिर सकती है। सर्किट के आधार पर, यह संचार त्रुटियों, सेंसर रीसेट, या अप्रत्याशित माइक्रोकंट्रोलर पुनरारंभ का कारण बन सकता है।

प्रासंगिक पावर पिन के पास रखा गया एक एमएलसीसी छोटी अवधि की विद्युत आपूर्ति करने और स्थानीय वोल्टेज गड़बड़ी को कम करने में मदद कर सकता है।

हालाँकि, आवश्यक कैपेसिटेंस अकेले वायरलेस मॉड्यूल के औसत वर्तमान से निर्धारित नहीं किया जा सकता है।

इंजीनियरों को इस पर विचार करना चाहिए:

• ट्रांसमिशन के दौरान पीक करंट
• करंट फटने की अवधि और आवृत्ति
• अनुमत आपूर्ति-वोल्टेज भिन्नता
• बैटरी आंतरिक प्रतिरोध
• वोल्टेज नियामक प्रतिक्रिया
• पीसीबी ट्रेस और प्रतिबाधा के माध्यम से
• ऑपरेटिंग वोल्टेज के तहत कैपेसिटेंस उपलब्ध है

संपूर्ण विद्युत नेटवर्क का मूल्यांकन किया जाना चाहिए। एक बड़ा संधारित्र कुछ क्षणिक स्थितियों में सुधार कर सकता है, लेकिन यह कम आकार की बैटरी, अत्यधिक वायरिंग प्रतिरोध, या अनुपयुक्त नियामक के लिए स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति नहीं कर सकता है।

3. कम-शक्ति संचालन के लिए कैपेसिटेंस चुनना

बैटरी चालित डिज़ाइन में, प्रत्येक घटक को आवश्यक प्रदर्शन से समझौता किए बिना उत्पाद के पावर बजट का समर्थन करना चाहिए।

एमएलसीसी निष्क्रिय घटक हैं और सक्रिय सर्किट की तरह बिजली की खपत नहीं करते हैं। फिर भी, कैपेसिटर विशेषताएँ सिस्टम व्यवहार को प्रभावित कर सकती हैं, खासकर जब कैपेसिटर का उपयोग टाइमिंग, सेंसिंग, फ़िल्टरिंग या रेगुलेटर सर्किट में किया जाता है।

केवल नाममात्र कैपेसिटेंस के आधार पर चयन करने से बचें

क्लास II एमएलसीसी, जैसे कि X7R और X5R, अपेक्षाकृत छोटे पैकेज में उच्च क्षमता प्रदान करते हैं। उनकी प्रभावी धारिता डीसी पूर्वाग्रह के तहत घट सकती है और तापमान के साथ भिन्न हो सकती है।

यदि डिज़ाइन को लोड क्षणिक का समर्थन करने के लिए न्यूनतम कैपेसिटेंस की आवश्यकता होती है, तो इंजीनियरों को निर्माता के कैपेसिटेंस-बनाम-वोल्टेज डेटा की जांच करनी चाहिए।

नियामक आवश्यकताओं की जाँच करें

कुछ वोल्टेज नियामक स्थिर संचालन के लिए विशेष इनपुट और आउटपुट कैपेसिटेंस रेंज, ईएसआर स्थितियां या कैपेसिटर प्रकार निर्दिष्ट करते हैं।

उन आवश्यकताओं से परे एमएलसीसी का उपयोग करने से अत्यधिक हलचल या अस्थिरता हो सकती है।

नियामक के अनुशंसित संधारित्र को बदलने से पहले, पुष्टि करें कि प्रतिस्थापन प्रासंगिक विनिर्देशों को पूरा करता है और पूर्ण सर्किट का परीक्षण करें।

वास्तविक लोड प्रोफ़ाइल पर विचार करें

एक सेंसर जो हर कुछ मिनट में एक बार जागता है, उसके लिए बार-बार संचारित होने वाले वायरलेस ट्रैकर से अलग बिजली की आवश्यकता हो सकती है।

स्टार्टअप, माप, डेटा प्रोसेसिंग, संचार और नींद सहित वास्तविक ऑपरेटिंग चक्र को मॉडल करें। फिर प्रतिनिधि शर्तों के तहत कैपेसिटर नेटवर्क को मान्य करें।

उद्देश्य धारिता को अधिकतम करना नहीं है. इसका उद्देश्य उत्पाद के आकार और लागत आवश्यकताओं को पूरा करते हुए विश्वसनीय संचालन के लिए पर्याप्त प्रभावी क्षमता प्रदान करना है।

4. विद्युत शोर से सेंसर सटीकता की रक्षा करना

कई IoT उत्पाद तापमान, आर्द्रता, दबाव, प्रकाश या अन्य भौतिक मात्रा में छोटे बदलावों को मापते हैं। आपूर्ति रेल या एनालॉग सिग्नल पथ पर शोर माप गुणवत्ता में हस्तक्षेप कर सकता है।

एमएलसीसी फ़िल्टरिंग और डिकॉउलिंग का समर्थन कर सकते हैं, लेकिन सही दृष्टिकोण सेंसर आर्किटेक्चर पर निर्भर करता है।

सिग्नल फ़िल्टरिंग से पावर डिकॉउलिंग को अलग करें

एक पावर-डिकॉउलिंग कैपेसिटर एक एकीकृत सर्किट के पास आपूर्ति को स्थिर करने में मदद करता है। एक सिग्नल-फ़िल्टर कैपेसिटर एक विशिष्ट एनालॉग या डिजिटल फ़िल्टर का हिस्सा बनता है।

इन घटकों में कैपेसिटेंस सहिष्णुता, ढांकता हुआ स्थिरता और आवृत्ति प्रतिक्रिया के लिए अलग-अलग आवश्यकताएं हो सकती हैं।

सटीक समय या फ़िल्टरिंग कार्यों के लिए, C0G/NP0 MLCC उपयुक्त हो सकते हैं क्योंकि वे उत्कृष्ट कैपेसिटेंस स्थिरता और कम ढांकता हुआ नुकसान प्रदान करते हैं। वे आम तौर पर क्लास II डाइइलेक्ट्रिक्स की तुलना में प्रति पैकेज आकार कम कैपेसिटेंस प्रदान करते हैं।

सामान्य पावर डिकॉउलिंग के लिए, X7R या X5R भाग उपयुक्त हो सकते हैं यदि उनकी प्रभावी क्षमता और तापमान विशेषताएँ डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करती हैं।

संपूर्ण माप पथ की समीक्षा करें

एक स्थिर संधारित्र सटीक सेंसर रीडिंग की गारंटी नहीं देता है। सटीकता स्वयं सेंसर, संदर्भ वोल्टेज, एम्पलीफायर, एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर, पीसीबी लेआउट, ग्राउंडिंग और सिग्नल-प्रोसेसिंग विधि पर भी निर्भर करती है।

इंजीनियरों को सक्रिय और निष्क्रिय वायरलेस रेडियो के साथ माप प्रदर्शन का परीक्षण करना चाहिए, खासकर यदि दोनों फ़ंक्शन एक शक्ति स्रोत साझा करते हैं।

5. पैकेज का आकार और पीसीबी लेआउट

IoT सेंसर अक्सर कॉम्पैक्ट होते हैं, जिनमें बैटरी, एंटेना, कनेक्टर और बाड़ों के लिए सीमित स्थान होता है। छोटे एमएलसीसी पैकेज पीसीबी क्षेत्र को कम करने में मदद कर सकते हैं।

सामान्य पैकेज आकारों में 0201, 0402, 0603, और 0805 शामिल हैं। उपयुक्त पैकेज कैपेसिटेंस, वोल्टेज रेटिंग, विद्युत प्रदर्शन, असेंबली क्षमता और यांत्रिक स्थितियों पर निर्भर करता है।

छोटा पैकेज हमेशा सबसे अच्छा विकल्प नहीं होता है.

उदाहरण के लिए, एक कॉम्पैक्ट एमएलसीसी ऑपरेटिंग वोल्टेज पर पर्याप्त प्रभावी कैपेसिटेंस प्रदान नहीं कर सकता है। अन्य मामलों में, आवश्यक विद्युत रेटिंग या विनिर्माण बाधाओं के कारण एक बड़ा घटक अधिक उपयुक्त हो सकता है।

अच्छे लेआउट अभ्यासों में शामिल हैं:

• डिकॉउलिंग कैपेसिटर को उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले पावर पिन के पास रखें।
• आपूर्ति और वापसी के रास्ते छोटे रखें।
• नियामक निर्माता के अनुशंसित लेआउट का पालन करें।
• जहां व्यावहारिक हो, संवेदनशील एनालॉग सर्किट को शोर वाले स्विचिंग नोड्स से दूर रखें।
• अत्यधिक बोर्ड झुकने या यांत्रिक तनाव के संपर्क में आने वाले स्थानों पर सिरेमिक कैपेसिटर रखने से बचें।

वायरलेस उत्पादों में, पीसीबी लेआउट को एंटीना प्लेसमेंट और रेडियो-फ़्रीक्वेंसी डिज़ाइन आवश्यकताओं को भी ध्यान में रखना चाहिए। कैपेसिटर को एंटीना या सिग्नल पथ के आसपास अंधाधुंध तरीके से जोड़ने के बजाय सर्किट डिजाइन के अनुसार तैनात किया जाना चाहिए।

6. तापमान, आर्द्रता और दीर्घकालिक विश्वसनीयता

बैटरी चालित IoT उपकरणों को बाहर, औद्योगिक उपकरणों के अंदर, गोदामों में, या ऐसे स्थानों पर स्थापित किया जा सकता है जहां रखरखाव के लिए पहुंचना मुश्किल है।

ऑपरेटिंग वातावरण को घटक चयन को प्रभावित करना चाहिए।

तापमान की रेंज

आस-पास के ताप स्रोतों और उत्पाद के आवरण सहित अपेक्षित परिवेश और बोर्ड तापमान की जाँच करें।

X7R और X5R कैपेसिटर की अलग-अलग निर्दिष्ट तापमान सीमाएँ होती हैं। पुष्टि करें कि चयनित ढांकता हुआ वास्तविक ऑपरेटिंग वातावरण के लिए उपयुक्त है।

यांत्रिक तनाव

एमएलसीसी में भंगुर सिरेमिक निकाय होते हैं। असेंबली, एनक्लोजर इंस्टालेशन या फ़ील्ड उपयोग के दौरान पीसीबी का लचीलापन क्रैकिंग में योगदान कर सकता है।

घटक प्लेसमेंट, पीसीबी समर्थन, हैंडलिंग प्रक्रियाएं और असेंबली डिज़ाइन जोखिम को कम करने में मदद कर सकते हैं।

पर्यावरणीय जोखिम

आर्द्रता, संक्षेपण, धूल और संक्षारक वातावरण संपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक असेंबली को प्रभावित कर सकते हैं। जब उत्पाद कठोर परिस्थितियों के लिए हो तो उचित बाड़े के डिजाइन और सुरक्षा तरीकों पर विचार किया जाना चाहिए।

रखरखाव की उम्मीदें

रिमोट सेंसर से बैटरी प्रतिस्थापन या भौतिक निरीक्षण के बिना विस्तारित अवधि तक काम करने की उम्मीद की जा सकती है।

इसलिए एक विश्वसनीय डिज़ाइन का परीक्षण प्रतिनिधि तापमान, वोल्टेज, भार और पर्यावरणीय परिस्थितियों में किया जाना चाहिए। कैपेसिटर चयन इस प्रक्रिया का एक हिस्सा है, सिस्टम-स्तरीय विश्वसनीयता सत्यापन का विकल्प नहीं।

7. एक व्यावहारिक एमएलसीसी चयन चेकलिस्ट

बैटरी चालित IoT सेंसर के लिए MLCC का चयन करने से पहले, निम्नलिखित की समीक्षा करें:

1. सर्किट में प्रत्येक संधारित्र के कार्य को पहचानें।
2. अधिकतम ऑपरेटिंग वोल्टेज और प्रासंगिक क्षणिक निर्धारित करें।
3. डीसी पूर्वाग्रह के तहत प्रभावी समाई की जाँच करें।
4. ढांकता हुआ की तापमान विशेषताओं की पुष्टि करें।
5. पीक लोड करंट और अपेक्षित वोल्टेज भिन्नता की समीक्षा करें।
6. वोल्टेज नियामक की इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर आवश्यकताओं को सत्यापित करें।
7. सटीक सर्किट के लिए सहनशीलता और आवृत्ति विशेषताओं की जाँच करें।
8. ऐसा पैकेज चुनें जो इलेक्ट्रिकल और असेंबली दोनों आवश्यकताओं को पूरा करता हो।
9. पीसीबी लेआउट, यांत्रिक तनाव और पर्यावरणीय जोखिम की समीक्षा करें।
10. नींद से सक्रिय संक्रमण, वायरलेस ट्रांसमिशन और सेंसर सटीकता का परीक्षण करें।

सोर्सिंग टीमों के लिए, सटीक निर्माता भाग संख्या सबसे अच्छा प्रारंभिक बिंदु है। यदि डिज़ाइन अभी भी विकास में है, तो घटक विकल्पों का अनुरोध करते समय कैपेसिटेंस, वोल्टेज रेटिंग, सहनशीलता, ढांकता हुआ, पैकेज आकार, मात्रा और परिचालन स्थितियां प्रदान करें।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

बैटरी चालित IoT सेंसर के लिए किस प्रकार का MLCC सर्वोत्तम है?

कोई सार्वभौमिक सर्वोत्तम प्रकार नहीं है। X7R और X5R MLCC को आमतौर पर पावर डिकॉउलिंग के लिए माना जाता है, जबकि C0G/NP0 सटीक फ़िल्टरिंग और टाइमिंग के लिए उपयुक्त हो सकता है। अंतिम विकल्प सर्किट आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

क्या एमएलसीसी बैटरी जीवन में सुधार कर सकता है?

एक एमएलसीसी स्थिर बिजली वितरण और विश्वसनीय सर्किट संचालन का समर्थन कर सकता है, लेकिन यह स्वचालित रूप से बैटरी जीवन का विस्तार नहीं करता है। बैटरी जीवन प्रोसेसर, रेडियो, सेंसर, रेगुलेटर और ऑपरेटिंग शेड्यूल सहित कुल सिस्टम ऊर्जा खपत पर निर्भर करता है।

ट्रांसमिशन के दौरान वायरलेस सेंसर पुनः आरंभ क्यों होता है?

संभावित कारणों में आपूर्ति-वोल्टेज गिरावट, बैटरी प्रतिबाधा, नियामक सीमाएं, अपर्याप्त प्रभावी कैपेसिटेंस, या पीसीबी लेआउट समस्याएं शामिल हैं। अंतर्निहित समस्या की पहचान करने के लिए ट्रांसमिशन के दौरान आपूर्ति रेल को मापें।

क्या मुझे सबसे बड़े उपलब्ध संधारित्र का उपयोग करना चाहिए?

आवश्यक रूप से नहीं। अधिक कैपेसिटेंस से लागत और बोर्ड क्षेत्र बढ़ सकता है और नियामक स्टार्टअप या स्थिरता प्रभावित हो सकती है। वास्तविक लोड प्रोफ़ाइल और पावर सर्किट की आवश्यकताओं के आधार पर मान का चयन करें।

IoT उत्पादों के लिए MLCC की सोर्सिंग करते समय मुझे क्या जानकारी प्रदान करनी चाहिए?

यदि उपलब्ध हो तो निर्माता भाग संख्या प्रदान करें। अन्यथा, समाई, सहनशीलता, रेटेड वोल्टेज, ढांकता हुआ, पैकेज का आकार, मात्रा, तापमान सीमा और कोई विशेष विश्वसनीयता आवश्यकताएं शामिल करें।

निष्कर्ष

MLCC बैटरी चालित IoT सेंसर को स्थिर शक्ति बनाए रखने, अवांछित विद्युत शोर को कम करने और लोड में परिवर्तन के दौरान भरोसेमंद संचालन का समर्थन करने में मदद करते हैं। प्रभावी चयन के लिए सर्किट फ़ंक्शन, डीसी-पूर्वाग्रह विशेषताओं, तापमान की स्थिति, पीसीबी लेआउट और बिजली खपत प्रोफ़ाइल की स्पष्ट समझ की आवश्यकता होती है।

कॉम्पैक्ट वायरलेस सेंसर विकसित करने वाले इंजीनियरों के लिए, केवल नाममात्र कैपेसिटेंस के आधार पर कैपेसिटर चुनने की तुलना में संपूर्ण पावर नेटवर्क को सत्यापित करना अधिक उपयोगी है।

यदि आप IoT सेंसर, वायरलेस मॉनिटरिंग डिवाइस, या अन्य कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए MLCC की सोर्सिंग कर रहे हैं, तो उत्पाद जानकारी की समीक्षा के लिए //www.barronmlcc.com/ पर बैरन MLCC पर जाएं। सोर्सिंग विकल्पों पर चर्चा करने के लिए टीम के साथ अपने आवश्यक विनिर्देश और लक्ष्य मात्रा साझा करें।