您的無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備計(jì)劃已全部設(shè)置：識別傳感器，選擇超低功耗處理器，并確定無線連接格式，協(xié)議和頻段（圖1）。還有一件事：確保有足夠的可靠電力使這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無人值守地運(yùn)行，并且在應(yīng)用程序需要的時(shí)候。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是設(shè)計(jì)上的功率誤差，因此提供所需的少量功率應(yīng)該不是什么大問題，對吧？

圖1：通用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的大大簡化的系統(tǒng)級框圖顯示了其三個(gè)“外部”連接：傳感器（或傳感器），直流電源和無線端口連接（天線）。

與大多數(shù)工程決策一樣，答案并不簡單。根據(jù)安裝的具體情況，有許多可能的設(shè)備供電選擇：附近的交流線路，可用的直流電軌，能量收集或電池。前兩個(gè)選擇要求物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備保持連接狀態(tài);第三個(gè)具有更大的自由度，但物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍然受到收獲傳感器放置的限制;只有電池選項(xiàng)提供最大的放置靈活性，但需要更換，

AC線：這似乎是最簡單的選擇，因?yàn)樗梢愿鶕?jù)需要提供盡可能多的功率。問題是它需要一個(gè)AC/DC轉(zhuǎn)換器。該AC/DC轉(zhuǎn)換器可以是購買的外部單元（甚至是基本的“墻壁疣”）;但是這種轉(zhuǎn)換器可能相對較大且成本較高，并且許多型號的設(shè)計(jì)或制造不是為了多年的可靠運(yùn)行。或者，可以在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備PC板上構(gòu)建一個(gè)小型AC/DC電路，但除了成本和尺寸負(fù)擔(dān)之外，由于存在線路電壓，這會(huì)帶來安全和監(jiān)管批準(zhǔn)問題。

直流導(dǎo)軌：如果要在相關(guān)系統(tǒng)中的直流導(dǎo)軌附近使用物聯(lián)網(wǎng)，例如在家用電器中，它可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)橐粋€(gè)簡單的板載DC/DC轉(zhuǎn)換器可以很小，很低 - 成本高，可靠。當(dāng)然，重要的是要確保在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要時(shí)為此直流電源供電并且可用，并且不會(huì)被用戶無意中關(guān)閉或進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)，在此狀態(tài)下無法提供軌電流和物聯(lián)網(wǎng)負(fù)載實(shí)際需要時(shí)的電壓。

能量收集：這通常是一個(gè)非常好的選擇，因?yàn)樗梢允且环N無頭痛，中等成本的幾乎“無所事事”的來源。最常采集的能源是振動(dòng)/動(dòng)力學(xué)（壓電），光伏（太陽能）和熱能（TEC，TEG，熱電堆，熱電偶）。不幸的是，能量收集通常是不切實(shí)際的，因?yàn)闆]有可靠或一致的能量來源被清除，因?yàn)樵S多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被放置在黑暗，安靜的地方，并且換能器是可以清除的低效能量源。

如果收獲是一個(gè)可行的選擇，那么就有了獨(dú)立的IC，它可以相對簡單和便宜地捕獲零星的微量能量，將其引導(dǎo)到存儲元件（超級電容器通常優(yōu)于可充電電池），并管理其使用。例如，德州儀器（圖2）的bq25570升壓充電器和降壓轉(zhuǎn)換器是高度集成的能量收集電源的核心。它旨在有效地提取從微瓦到毫瓦的各種高輸出阻抗源產(chǎn)生的功率。電池管理功能可確?？沙潆婋姵鼗虺夒娙萜鞔鎯υ粫?huì)被提取的電力過度充電，或通過系統(tǒng)負(fù)載耗盡超出安全限制。

圖2：德州儀器（TI）bq25570升壓充電器和降壓轉(zhuǎn)換器管理從收獲源提取功率，可提供微瓦至毫瓦;它還管理能量存儲組件的情況，以實(shí)現(xiàn)最佳性能和保護(hù)。

電池：乍一看，這似乎是一個(gè)沒有吸引力的選擇，因?yàn)殡姵刈罱K需要更換。但是，如果電池的尺寸和尺寸合適，它實(shí)際上通常是最合適的選擇。例如，具有合適容量，特性和制造的鋰電池可以以低成本提供多年的功率，因?yàn)殇嚲哂兴猩虡I(yè)可用的電池化學(xué)品的每單位重量和體積的最高能量。

許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在單個(gè)鋰離子電池上運(yùn)行，新電池的標(biāo)稱輸出為3.6 V（取決于具體的鋰化學(xué)性質(zhì)），并且仍可提供低至約2.5 V的有用能量。如果物聯(lián)網(wǎng)電路需要這些極端之間的穩(wěn)定軌道，低成本，小型降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器可以解決這個(gè)問題。例如，凌力爾特公司的LTC3129同步降壓 - 升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器（圖3）可在200 mA時(shí)提供高達(dá)15 V的電壓。它提供降壓和升壓模式之間的無縫轉(zhuǎn)換，確保在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的輸出軌。它支持2.42 V至15 V的寬輸入電壓范圍（與單節(jié)和多節(jié)電池組相稱）和1.4 V至15.75 V的寬輸出范圍。

圖3：凌力爾特公司的LTC3129同步降壓 - 升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器從降壓模式無縫切換到升壓模式，因此即使輸出電壓源（通常是電池）也能保持恒定的輸出電壓電池參數(shù)對物聯(lián)網(wǎng)成功至關(guān)重要

雖然電池選擇似乎是一個(gè)簡單的過程，但物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有一些特殊的考慮因素，因?yàn)樗鼈兺ǔ?huì)很長安裝壽命數(shù)年甚至數(shù)十年。

電池選擇始于眾所周知的標(biāo)稱輸出電壓（V）和能量容量（mA-Hr）的頂級規(guī)格。請注意，具有相同標(biāo)稱數(shù)量的電池（例如流行的2016或2032標(biāo)識）具有次要因素，這些因素將影響決定使用哪種特定電池和供應(yīng)商。

電池是一個(gè)能量儲存器，然后它“放棄”作為電源。盡管這兩個(gè)參數(shù)密切相關(guān)（功率是能量使用率;能量是功率使用的時(shí)間積分），但它們的數(shù)量是非常不同的。

將標(biāo)稱電池電壓與所需供電軌匹配相對容易，但評估所需容量可能很困難。大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用具有非常低的占空比，具有長時(shí)間的深度睡眠并且?guī)缀鯖]有電流消耗（幾μA是常見的），短時(shí)間的活動(dòng)會(huì)使漏極高出許多數(shù)量級（在mA電平下）。因此，通常難以準(zhǔn)確量化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在所需時(shí)間段（例如一年）內(nèi)的總能量需求。

除標(biāo)稱電壓和容量外，還有其他重要因素選擇超出尺寸，類型和來源的電池時(shí)的注意事項(xiàng)。其中包括工作模式，溫度和自放電率：

操作模式：某些電池不是“僵硬的電源”，因此無法提供“脈沖”所需的電源，這意味著它們突然從微安模式轉(zhuǎn)換為更活躍的毫安模式。這稱為電壓延遲或功率下降，可能導(dǎo)致IoT設(shè)備的不穩(wěn)定運(yùn)行。

溫度：存儲和工作溫度都是重要因素。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常用于熱或冷的位置;消費(fèi)者設(shè)備可能處于更良性的環(huán)境中，但可用于室外溫度或安全性聚焦的位置。極端溫度和偏移會(huì)影響實(shí)際電池容量和壽命。有些電池的設(shè)計(jì)和規(guī)格都適用于寬溫操作，但很多都沒有。即使在不使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時(shí)，溫度也是一個(gè)潛在的問題，因?yàn)樗碾姵乜赡茉诓焕麠l件下運(yùn)輸或儲存，這會(huì)影響使用壽命。

自放電率：這是在應(yīng)用生命周期方面需要考慮和表征的最具挑戰(zhàn)性的因素之一。標(biāo)準(zhǔn)鋰電池通常具有每年2％至3％的自放電率，即使沒有外部排放，這種化合物也能快速復(fù)合并很快產(chǎn)生僅幾年的可行壽命。然而，鋰電池基于類似的化學(xué)反應(yīng)，但使用增強(qiáng)的設(shè)計(jì)和制造工藝，并且自放電率低于0.7％/年。結(jié)果是使用壽命可長達(dá)20至40年。

了解一個(gè)高端鋰電池，可以看出供應(yīng)商提供的詳細(xì)規(guī)格。 Tadiran TL-2450是一款3.6 V主（不可充電）鋰 - 亞硫酰氯（Li-SOCl2）圓盤電池（直徑24 mm，厚5.6 mm，圖4）。它的容量為0.55 Ah，0.5 mA，一直降至2 V.最大推薦連續(xù)電流為5 mA，最大脈沖電流能力為10 mA。工作溫度范圍為-55?C至+85?C;該產(chǎn)品具有10年的保質(zhì)期，即使在長期儲存和/或使用后也可以快速恢復(fù)電壓。

圖4： Tadiran TL-2450是一款3.6 V鋰電池，設(shè)計(jì)使用壽命至少為10年;它帶有用于“半永久性”安裝的焊針，而不是使用可能隨時(shí)間腐蝕的電池座。

為了進(jìn)一步證明這種電池的物聯(lián)網(wǎng)配合，有詳細(xì)的性能和長期性能數(shù)據(jù)。例如，圖5顯示了25°C時(shí)的放電特性，圖6顯示了在特定條件下的電壓響應(yīng)與年份的關(guān)系。鑒于這些規(guī)格，電池帶有引腳應(yīng)該不會(huì)出乎意料，因此它可以焊接到PC板上，而不是使用電池座。

圖5：Tadiran等高端電池的供應(yīng)商提供了詳細(xì)的圖表，例如顯示一系列供電電流的輸出電壓和工作小時(shí)數(shù)的圖表。注意沒有輸出電壓下垂。

圖6：使用此圖表闡明了電池的使用壽命，該圖表顯示了Tadiran TL-2450在特定工作條件下的脈沖負(fù)載性能與使用年限之間的關(guān)系。

鋰與堿性：

堿性電池在某些情況下是低成本，廣泛可用且可能可行的物聯(lián)網(wǎng)功率選擇。它們可以提供所需的額定電壓和能量容量，但只應(yīng)在充分理解的情況下使用。這包括更換不是問題或不便的應(yīng)用（由于它們的高自放電率），只需要工作一年或兩年（它們的壓接密封可能會(huì)泄漏），或者它們只會(huì)經(jīng)歷適度的溫度波動(dòng)（它們的電解質(zhì)對溫度敏感，不像鋰電池具有非水電解質(zhì)，因此可以承受更大的溫度波動(dòng)）。對于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而言，鋰電池雖然最初成本較高，但與具有相同額定電壓和能量容量的堿性電池或電池組相比，是首選。