物联网是时下的热门话题之一。可是大多数会集在通讯规范以及信息和设备的安全性方面。相同重要，却被咱们忽视的是怎么为组成物联网的许多设备进行妥善供电。是什么构成了物联网呢？物联网背面的理念是，将全部值得评论或倾听的东西都衔接起来用于通讯。
在许多情况下，物联网所衔接的项目可所以最近取得通讯才干的现有设备，也可所以为丰厚信息环境而创立的新产品。一般这些设备经过无线的办法进行衔接。无线衔接对电源开发人员提出了新的要求。无线衔接因其高度的灵活性而备受欢迎，这种灵活性不该被任何特别电源衔接的任何需求所约束。
图1展现了物联网的一个视图。正如图片所示，什么都可以被衔接。咱们也看到，这一概念的一个子集是无线云。无线云可为用户及其设备供给衔接。节能电信中心（CEET）2013年4月份出书的白皮书猜测，无线云本年（2015年）将耗电43太瓦时（TWh）［1］。其间无线网络的耗电量将占上述耗电量的90％。相对于2012年无线云仅耗电9.2TWh，能耗添加起伏十分大。
图1. 物联网的视图
跟着更多的设备和通讯量成为IoT基础设备的一部分，估计耗电量还将攀升。对电源规划人员来说，这已成为严峻的应战。在将来的某个时刻点，IoT的扩展将受限于它所耗费的能量。因而，让咱们开端仔细考虑一些电源规划人员需应对的使命吧。
咱们将从无线传感器开端说起。如图1所示，为构成IoT而集成的设备和相关基础设备包括有有可监测环境的小型设备或无线传感器、需求传递其情况信息的家电、可佩带式电子产品、安全体系、轿车和工业设备，以及前面说到的无线联网设备。许多人以为IoT首要由可传递重要信息的无线传感器构成。。
无线传感器
无线传感器一般被放置在接入比较费事，或接入费用很贵重的环境中。这要求其能量供应可继续很长一段时刻，一般需求超越10年，或无线传感器能以牢靠的办法从所在环境中获取能量。因而，这要求电源办理处理计划有必要能完结这样的方针：在能量办理运转期间，十分节省能耗。无线传感器还具有十分高的峰值对均值功率比，在某些情况下大于100。
图2展现了无线传感器各种功率形式的比如。在这个比如中，传感器大部分时刻处于睡觉形式，但或许唤醒进入通讯形式以便进行丈量 —— 这也能让体系辨认该传感器是可用的。而在更长的距离期间，传感器可向体系供给更多的信息。这种传输或许需求更多的能量，因而依赖于所贮存的可用能量。电源办理处理计划需求能供给所需的峰值功率，一起均匀能耗十分少。假如此类体系的环境能量较低，那么电源办理处理计划有必要能搜集能量，直到有满意的能量用于所需设备。
图2. 无线传感器功率分布图
图3展现了这样一个体系［2］的完结比如。在这个比如中，最大功率点追寻（MPPT）是根据MPPT电压和光伏源开路电压的比值来完结的。这种MPPT完结计划可最大极限地下降能耗，一起履行MPPT功用。这个比如还集成了能量存储功用。由于储能元件的使用寿命十分重要，因而有必要留意不要使该元件过度充放电。在这个比如中，为最小和最大存储电压设置了电平。
图3. 适用于无线传感器的能量办理
为了把所贮存的能量水平告诉给体系，规划人员可从外部，首要指的是能给出该告诉、VBAT_OK的当地，装备电压电平。降压型调节器也被集成到处理计划，以便为体系负载供电。这个完好的体系只要500nA的典型静态电流，即便在低电流时也能完结高功率。例如，输入电流为500mV且充电电流为100uA时，升压型转化器的功率可大于70％。
智能家电
构成IoT的另一类东西是家电。许多时分，咱们都没想到过此类河北怎么会成为IoT的一部分，但正是经过IoT，咱们才干智能操控咱们的洗衣机、冰箱等。传统上，咱们以为只需将它们衔接到电网上，设置一些信息，它们就能开端作业。在洗衣机的比如中，当周期完结时它或许会宣布提示音，但仅此而已。但是，如今的联网型家电却能补考提示音即可给您供给信息。这会给电源规划人员带来什么样的影响呢？
这些家电本来只在有使命要履行时才敞开，现在需求一直保持敞开情况，或许至少一些功用有必要一直保持敞开情况。为了给这些一向处于敞开情况的功用有用供电。这种新要求添加了电源规划人员的使命。由于这些设备需求较大的功率来完结其使命，因而在大多数情况下它们被衔接到电网，这样就不再需求进行能量搜集。但是，由于它们一向处于敞开情况，所以静态功耗和功率对新衔接功用而言至关重要。许多时分，这些衔接功用是以无线办法履行的，而且与本地网络进行通讯。这将功率水平要求设置得低于10W。用AC/DC反激式处理计划一般可到达这种低功率水平。有许多集成的反激式处理计划可供挑选，但这种特别的使用有其自己的要求。图4展现了这样一个电源处理计划的比如，以满意衔接到IoT的需求。
图4. 适用于家电衔接的低功耗AC/DC处理计划
图4的反激式比如有几个首要特性。首先是它具有十分低的待机功耗，小于30mW。由于衔接有必要一直处于准备就绪情况，即便家电处于闲暇情况。所以，低功耗就尤为重要。另一个方面是低电磁搅扰（EMI），由于该设备许多时分将为无线通讯电路供电。在这个比如中，操控器选用谷值开关和频率抖动来协助削减EMI。
另一个方面是电源处理计划的尺度。尺度自身一般不是问题，要害看尺度怎么影响终究本钱。IoT是一项振奋人心的技能，能让洗衣机告诉您衣服已洗好待烘干，或让冰箱经过发送到您手机上的信息告诉您门没关好，但顾客却不想花不必要的钱。因而该处理计划需求最大极限地下降电源处理计划的本钱。可完结这一意图一种办法是减小尺度。经过以较高的频率运转，在这种情况下频率是115kHz，可完结尺度的减缩。
无线网络
无线网络可谓能量“贪吃鬼”，是IoT最令人重视的应战之一有许多正在进行的电源规划开发作业可协助处理这个问题。从包络盯梢功率放大器到数字射频（RF）功率放大器，全部皆为基站研讨和开发，这样的比如确实不乏其人。鉴于许多基站由电网供电，因而有机会使那种前端功率因数操控（PFC）电源更高效。图5展现了一种这样的办法。这是无桥PFC的功率级。经过除掉二极管桥，可使该体系功率更高。有许多不同的无桥PFC拓扑结构，但咱们将聚集接连导通形式（CCM）推拉输出电路的版别。
图5. 推拉输出电路无桥PFC
这种拓扑结构带来的优点是削减了组件数量和并消除了桥接损耗。经过使用氮化镓（GaN）开关设备，咱们能进一步进步功率。这些器材（Q3和Q4）可供给更低的栅极损耗，然后答应更高频率的运转。其它寄生损耗（如Coss）也更低。此外，不存在本征体二极管，所以反向恢复损耗最小。Q1和Q2在线路频率下被切换，而且它们可所以硅金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），比单用二极管能削减的损耗更多。
展望未来
IoT为电源规划人员带来了许多新应战，这儿只说到了几种。IoT的选用和掩盖范围在很大程度上取决于能量需求的削减，这部分可经过搜集环境能量来完结，以最大极限地削减家庭动力需求，并削减网络动力总需求。当咱们为能量搜集开发新技能时，咱们有必要谨记，削减能量需求对促进开展而言依然至关重要。对能量的需求越低，越有或许从环境中获取能量。
削减电网的能量需求也很重要。想想每个独自的电网供电型使用或许掩盖百分之零点几的功率发生的影响。只要整体功率发生的影响才干引起政府的重视。能有这种作用的不是一台洗衣机或一个基站，而是构成能量需求的数百万使用。走运的是，电源规划人员具有能应对这些应战的新技能。在某些情况下，处理技能能使高电压组件集成低电压操控功用。在其它情况下，WBG设备经过在开关速度更高时答应低损耗可改进高电压转化情况。对电源规划人员而言，咱们这个年代肯定会越来越精彩。
德州仪器（TI）
参考文献
1.《无线云的功耗》，节能电信中心（CEET）2013年4月出书
2. 《bq25570产品说明书》，德州仪器（TI）
