超低功耗技术可延长物联网无线传感器使用寿命

电池的负载电流。

一旦能量被存储在电容器中，电压会被转换为所需要的值，例如用于微控制器SoC的1.9V，或者针对无线电功率放大器的3.7V。这个转换过程从缓冲电容器中获得电能，并且将负载从电池上断开（图2）。

图2：电容器储能概念

当使用一个SMPS缓冲电源架构时，能量存储采用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或放大器所需要的值。

这个概念会使用更小的电容器值，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，并因此从电池上断开。

第二个架构使用一个直接接至电池的降压转换器。电压被下降，以便为电容器充电。在这里，因为电压较低，储能电容值必须较高。然而，这样的话就可以使用电气双层电容器(EDLC)，此类电容器具有数法拉第的大容量，并且可以轻松购得。在储能电容器之后，电压被升压至所要求的值（图3）。

图3：包括"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相比，这个机制需要考虑的安全注意事项较少。

这个已经被下降的电压可被用来直接为SoC微控制器供电。这样的话，只用一个始终处于激活状态的SMPS，可以减少总体流蚝。

较低的电压可以使EDLC类型电容器的使用成为可能。这些电容器可以提供高电容值。

当在一个无线传感器中使用一个降压-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定义。然后，通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。这样就把平均电源电压保持在大约1.9V的最小值。在无线电传输期间，EDLC被放电至所定义的最小电压。

要求最低静态电流器件同时具有高功率是对电源架构的一个挑战。通过将所需能量存储在一个EDLC中，使用"降压-储能-升压"的能量缓冲概念可以解决负载峰值去耦合的问题。由于微控制器的电源电压较低，它还可以实现更低的总体功耗。由于储能电容器使用一个较低电压，所以安全问题和顾虑更少。这个概念可以将储能电容器中缓冲的能量与更低的总体流耗组合起来，以实现更长的应用运行时间。