导读：
物联网(IoT) 中一个最大的技能应战便是传感器节点会呈现在任何地方。这些传感器能够在已联网住所中被用于丈量温度和湿度、在施行维护监督中被用于丈量高速公路桥梁的机械应力，或是在智能流量计量进程中被用于丈量燃气和自来水运用量等参数。这些数据被服务器收集处理后，需求一个广泛的掩盖区域，经过牢靠数据然后构成稳健经用的网络。完结这一进程的技能便是将传感器数据无线传输至一个中心主机体系。
为了完结比如此类的大型网络，还有必要将别的一个要害范畴考虑在内，那便是整个传感器节点有必要有十分长的运转运用寿命这一特征。运用寿命越长，维护本钱越低。凭借微控制器的功率优化和比如LiSOC12主电池的电池类型，这些处理器的供电运转时刻能够到达10年或更长的时刻。
直到今日，更长间隔的传感器数据射频(RF)传输还未得到广泛施行。这个无线特性使得体系的功耗考虑愈加杂乱。尽管无线传感器节点需求耗费尽可能低的均匀功率，它还有必要能够为偶然呈现的数据传输传送高峰值电流。
从功耗视点来讲，这便意味着传感器体系内的最低静态电流与针对功率放大器的高效高功率才能之间需求彼此组合。这也意味着器材、以及全体电源架构自身选型方面的全新应战。
低静态电流和长运用寿命
为了保证IoT-传感器成为实际，传感器的运转有必要具有本钱有效性。一旦传感器被装置和发动，它的运转时刻需求尽可能的长，以最大极限地减小维护拜访周期，并节约本钱。
这意味着，一方面，有必要挑选经久经用的资料和组件。另一方面，内部电路也有必要特有最低静态电流，以便在电池电能必定的状况下取得更长的运转时刻。
现在，这些运用运用特定的主电池。比如LiSOC12的化学电池类型特有超越1Wh/cm³的十分高的能量密度，而且人们可在市面上轻易地买到。这些主电池的自放电极低，而这正是需求考虑的别的一个方面。这就使得它们成为延伸运用运用寿命的榜首挑选。
为了从这些参数中获益，电池电流有必要被约束在5mA以下。超越了这个值的电流会添加自放电率，然后下降电池的运用寿命。因为内部阻抗，更高的电流也会强制端子电压添加。除了优化电池自身，为了尽可能地削减电流走漏，也有必要优化耗能组件和电源架构。
超低功耗微控制器片上体系(SoC)器材特稀有个低功耗形式，以削减流耗。一个超低功耗SoC延伸了运用运用寿命，其原因在于其履行的待机形式，当直接与电池相连时，器材的流耗大约为2µA。图1显现的是这款器材在低功耗形式 (LPM3)下的电源电流。流耗取决于电源电压(绿色迹线)。
当SoC与一个超低功耗降压转化器组合在一起运用，以削减电源电压时，流耗被进一步削减。这些是静态电流为几百分之毫微安培的降压转化器。蓝色迹线显现的是，把电源电压降压至2.1V后，这个运用罗致的电流。电池电压越高，节约的电能就越多，其原因来自高效的降压转化。在3.6V的典型LiSOC12电池端子电压上，整体流耗比直接电池衔接下降了30%。
图1：将微控制器SoC与一个降压升压转化器组合在一起，能够将功耗削减30%
针对无线传输的峰值功率
除了低IQ方面，传感器有必要将收集和处理的数据传至一个基站。例如，能够是一个本地数据集中器，它常用于公寓楼内的智能燃气传感器。除了无线外表计量总线(无线M-Bus)，这也能够是用于高速桥梁上现场传感器节点的全球移动通讯体系 (GSM) 基础设施。
一个典型的作业形式便是全天收集和处理数据，然后将收集到的数据在一天之内最多传输数次。从功率视点来讲，这表明，大多状况都需求保持在数微安规模内的低均匀流耗，偶然则需求对仅呈现数毫秒的更高电流做出相应支撑。因而，数据传输所需求的能量数量取决于规模和射频协议。广泛运用的规范是无线M-Bus和GSM。
表1中显现的是三种常见规范之间的比较。每个规范具有一个典型的无线电放大器功率条件，以及传输继续时刻内所需求的电流。无线规范放大器条件示例电流继续时刻
wM-Bus, 868MHz27dBm POUT, 3.3V100mA40ms
wM-Bus, 169MHz30dBm POUT, 3.6V300mA100ms
GSM2G高工功率，3.7V2000mA每时槽577µs
表1：几个无线示例间的功率特点比较
在某些状况下，无线电放大器需求的电流高达2.5A。上面描绘的电池类型无法传送这样的电流量。为了不下降LiSOC12锂一次型电池的运用寿命，乃至应该防止5mA以上的电流。
能量缓冲概念
为了完结所述的脉冲负载运转，需求考虑全新的电源办理概念。因为电池不能传送所需的电流，在无线电未激活时，要将所需的能量储存起来，使其能够在无线电被激活时运用。为了完结这一点，需求规划一个全新的电源概念来缓冲能量，而且将负载峰值从电池上去耦合。可用于能量缓冲的比较好的介质是储能电容器，因为它们能量密度高和电容值大。
当运用一个开关形式电源 (SMPS)时，一个电容器能够用与电池不同的电压进行高效充电。这能够在限流运转中完结，然后界说电池的负载电流。
一旦能量被存储在电容器中，电压会被转化为所需求的值，例如用于微控制器SoC的1.9V，或许针对无线电功率放大器的3.7V。这个转化进程从缓冲电容器中取得电能，而且将负载从电池上断开(图2)。
图2：电容器储能概念
当运用一个SMPS缓冲电源架构时，能量存储选用2个基本概念：
升压-储能-降压
降压-储能-升压
在概念1中，将电池电压升至较高电压，并为电容器充电。然后，电压被下降到SoC或放大器所需求的值。
这个概念会运用更小的电容器值，其原因在于，存储的能量与电容器电压的平方成正比。这个电压的值越高，同一电容器中存储的能量就越多。一旦电能被存储在电容器中，电压就被下降到所需的值。传输所需的能量提取自电容器，并因而从电池上断开。
第二个架构运用一个直接接至电池的降压转化器。电压被下降，以便为电容器充电。在这里，因为电压较低，储能电容值有必要较高。但是，这样的话就能够运用电气双层电容器(EDLC)，此类电容用具稀有法拉第的大容量，而且能够轻松购得。在储能电容器之后，电压被升压至所要求的值(图3)。
图3：包含“降压-储能-升压”缓冲的无线传感器节点电源机制
除了可用的电容值较高，这个机制特有3个优势：
该机制具有较低的储能电容器电压。与一个用更高电压进行充电的电容器比较，这个机制需求考虑的安全注意事项较少。
这个现已被下降的电压可被用来直接为SoC微控制器供电。这样的话，只用一个一直处于激活状态的SMPS，能够削减整体流蚝。
较低的电压能够使EDLC类型电容器的运用成为可能。这些电容器能够供给高电容值。
当在一个无线传感器中运用一个降压-储能-升压概念时(图3)，EDLC的最低电压由SoC电源电压的最小需求量界说。然后，经过在无线电传输之前，将电容器充电至其2.7V的最大电压，这个能量就被缓冲起来。这样就把均匀电源电压保持在大约1.9V的最小值。在无线电传输期间，EDLC被放电至所界说的最小电压。
要求最低静态电流器材一起具有高功率是对电源架构的一个应战。经过将所需能量存储在一个EDLC中，运用“降压-储能-升压”的能量缓冲概念能够处理负载峰值去耦合的问题。因为微控制器的电源电压较低，它还能够完结更低的整体功耗。因为储能电容器运用一个较低电压，所以安全问题和顾忌更少。这个概念能够将储能电容器中缓冲的能量与更低的整体流耗组合起来，以完结更长的运用运转时刻。
