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物联网|能工作数十年的物联网传感器，该怎么设计？这些方案来了解一下

物联网|能工作数十年的物联网传感器，该怎么设计？这些方案来了解一下
由于超低功耗IC的出现 ， 导致基于传感器的电路和系统广泛使用 ， 而且这些电路和系统运行电流仅需几微安或几毫安即可 。这些产品的应用包括环境监测（安全、温度、地震）、资产跟踪、电能/功率计量、医疗监护等等 。
许多此类装置需要工作十年、二十年或更长时间 ， 但要为其更换电池常常很困难或不可能办到 。更换电池的成本常常也非常高昂 。
因此 ， 设计人员必须妥善考虑各种选择或选择组合以做出正确决定 ， 具体选择包括：
? 能量收集
? 具有能量收集功能的可充电（二次）电池
? 超长寿命非充电（一次）电池
? 带超长寿命一次电池的超级电容器
本文将探讨这些设计人员可以使用的选择及取舍 。在此过程中 ， 本文将介绍Tadiran、、和的相关解决方案及其使用方法 。
能量收集是明智选择吗？
明智与否当然要取决于具体应用 。可以肯定的是 ， 能量收集是一种有吸引力且广泛使用的供电技术 。初看之下 ， 其成本似乎很低或没有成本 。它有四个关键要素：
? 能量产生（来源）
? 转换（使用某种换能器）
? 储存（供以后使用）
? 分配（将电力高效地输送到所需的电路）
能量收集的第一个挑战是确定可供利用的最可行的能量来源 。常见来源包括太阳能、风能、水力、热差、废热或磁感应 。另一个来源是某种形式的微小振动或运动 ， 步行、建筑物的地面振动或电机振动都能引起这样的运动 。
需要注意的是 ， 尽管能量和功率这两个术语经常互换使用 ， 尤其是在公众当中 ， 但二者是有关联但不同的概念 。能量是做功的能力 ， 而功率是收集或消耗能量的速率 。因此 ， 能量是功率对时间的积分 ， 而功率是能量对时间的导数 。在能量收集系统中 ， 收集和储存的能量必须等于或大于功率积分 ， 否则系统将没有足够的功率来长期运作 。换句话说 ， 能量的总体消耗速率（即功率）不能高于一段时间的收集速率 。
一旦确定了要收集的能量来源 ， 就需要换能器来捕获并将其转化为电能 。这种换能器有很多形式 ， 微型涡轮机、太阳能电池（或面板）或压电晶体便是其中几种 。下一步是确定如何储存这种不稳定、常常不可预测而且数量通常很小的能量 ， 以便可以在需要时从中获取能量来为电子设备供电 。
电池、超级电容器还是二者兼用？
可行的储能方案有两种：充电电池或超级电容器 ， 后者的正式名称是双电层电容器(EDLC) 。使用充电电池还是超级电容器 ， 在很大程度上取决于应用的规模、持续时间和占空比 。
一般而言 ， 标准（非超级）电容器可以提供大功率值 ， 但每单位体积只能储存相对少量的能量 。相反 ， 电池可以储存大量能量 ， 但额定功率较低 。超级电容器介于两者之间 ， 其在能量和功率之间取得了平衡 。
与电池相比 ， 超级电容器具有许多优点：超级电容器使用物理电荷储存技术 ， 而不是化学反应 ， 因此可以非常快速地充电和放电（毫秒至秒）与电池不同 ， 超级电容器的充放电循环寿命几乎无限 ， 因为它不依赖于化学反应超级电容器的电荷管理比电池更简单 ， 前者仅需要充电电流和过压保护(OVP) ， 而后者需要比较复杂且与化学有关的恒流和恒压充电算法
例如 ， KEMET的 FC0V474ZFTBR24 是一款47毫法拉(mF) 超级电容器 ， 装在一个密封小罐中 ， 高10.5毫米 (mm) ， 直径8.5mm ， 标称额定电压为3.5V（图1） 。万一密封泄漏（不大可能发生） ， 也只会释放出无害的水蒸气（气体） ， 原因是电解液（稀硫酸）中的液态水相变为气态 。
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