物联网，通常指一种智能联网电子设备，可由电池供电，能将预先计算的数据发送给基于云的基础设施。它利用嵌入式系统集合体（例如处理器、通信IC和传感器）来收集、响应数据，并将数据发送回网络的中心位置或其他节点。物联网应用领域存在多种表现形式，设备形态多样。例如简单的温度传感器，用于向中央监控区域报告室温，或者设备健康监测器，用于跟踪监测昂贵工厂设备的长期健康状况等等。
开发这些设备是为了解决特定需求和挑战，无论是为了自动执行通常需要人工干预的任务，比如家居或楼宇自动化，还是在工业物联网应用中提高设备的可用性和使用寿命，如果考虑在基于架构的应用（例如桥梁）中实现状态监控应用，甚至可以提升安全性。
当前，工业物联网应用已成关键增长领域，它是以智能工厂为中心的第四次工业革命里一环。许多物联网应用最终都在尝试尽可能实现工厂自动化，无论是通过使用自动导引车(AGV)、智能传感器（如RF标签或压力表），或是部署在工厂周围的其他环境传感器。
ADI公司认为，物联网主要侧重以下五大领域：
u 智能工厂——侧重于通过提高工厂的快速响应能力，使工厂更灵活、更精简，以构建工业4.0。
u 智能楼宇/智慧城市——利用智能传感技术来执行楼宇安全、车位占用检测，以及实施温度和电气控制。
u 智能农业——利用现有技术实现自动化农业并提升资源利用效率。
假设要为工厂内偏远的物联网节点供电，一旦部署新电缆，不仅实施成本高昂，而且极为耗时，所以一般都会选择使用电池或能量收集方式为这些偏远节点供电。
而依赖电池供电，需要遵循严格的功率预算，以确保尽可能延长电池寿命，这必然会影响设备的总拥有成本。使用电池的另一个缺点，是在电池报废之后需要更换电池。这包括电池本身的成本，以及更换电池和弃置旧电池的高额人力成本。
另外还要考虑电池成本和尺寸，这往往会导致对电池过度设计，以确保其拥有足够容量，从而满足电池的使用寿命要求，一般是要求超过10年。但是，过度设计会额外增加电池的成本和尺寸，因此，不仅要优化功率预算，还要尽可能减少能源使用，使电池尺寸足够小，同时仍能够满足设计要求。
为了方便讨论，ADI公司将物联网应用中的电源分为以下三种情况：
想象一下拥有许多节点的大型物联网装置。当您请技术人员现场更换一台设备的电池时，通常会一次性更换所有电池，以节省人工成本。毫无疑问，这是一种浪费，只会加剧全球浪费问题。更重要的一点，不可充电电池只提供了最初制造电池所用电量的2%。约98%的电量浪费使得这种电源的经济效益非常低。
显然，它们在基于物联网的应用中确有一席之地。相对较低的初始成本使其非常适合低功耗应用。它们提供多种类型和尺寸选择，而且无需使用额外的电子器件来进行充电或管理，所以是简单的解决方案。
从设计角度来看，关键挑战在于如何充分利用这些小型电源提供的电力。为此，需要花费大量时间来制定功率预算计划，以确保尽量延长电池的使用寿命，设计目标一般是10年。
对于原电池应用，可以考虑使用ADI微功耗产品系列中的两款产品：LTC3337微功耗库仑计数器和LTC3336微功耗降压稳压器，如图1所示。
图1.LTC3337和LTC3336应用电路
LTC3336是一款低功耗DC-DC转换器，输入电压可高达15 V，峰值输出电流可编程。输入可以低至2.5 V，因此非常适合电池供电应用。
在空载状态下调节时，静态电流可能非常低，仅65 nA。随着DC-DC转换器不断改进，可轻松设置并用于新设计中。输出电压可根据OUT0至OUT3引脚的连接方式进行编程设置。
LTC3336的配套器件是LTC3337，这是一款微功耗原电池健康状态监视器和库仑计数器。它是另一款可轻松用于新设计的产品，只需按照峰值电流要求（在5mA至100mA范围内）连接IPK引脚。根据选定的电池进行一些计算，然后填入基于选择的峰值电流推荐的输出电容。
最终，为功率预算有限的物联网应用找出合适的配套设备。这些产品能够准确监测原电池的电量使用情况，并将输出高效转换为可用的系统电压。
根据所使用的化学物质，可充电电池应用的初始电量可能比原电池低，但从长远来看，效率更高，总体来说，浪费更少。根据电力需求，还可以选择电容或超级电容存储，但它们更多用于短期后备存储。
根据所使用的化学物质，电池充电涉及几种不同的模式和工作特性(specialist profiles)。例如，图2中显示的锂离子电池的充电特性曲线。底部为电池电压，纵轴表示充电电流。
图2.充电电流与电池电压的关系
当电池严重放电时，如图2左侧所示，充电器需要具有足够智能，让电池进入预充电模式，使电池电压缓慢增加到安全水平，然后进入恒流模式。
在恒流模式下，充电器将设定的电流输入电池，直到电池电压升至设定的浮充电压。
设定的电流和电压均取决于所用的电池类型，充电电流受充电速率和所需的充电时间限制，浮充电压则基于保持电池安全的阈值。系统设计人员可以根据系统需要，通过稍微降低浮充电压来帮助延长电池的使用寿命，与针对电源的考量一样，就是进行权衡和取舍。
达到浮充电压之后，充电电流会降至零，并且会根据终止算法使该电压保持一段时间。
图3显示了3电池应用随时间变化的行为特性曲线。红色线条表示电池电压，蓝色线条表示充电电流。它在恒流模式下启动，最高电流达2A，直至电池电压达到12.6V恒压阈值。充电器在终止定时器定义的时长内保持此电压，在本例中，时长为4个小时。许多充电器产品都支持编程设置该时间。
图3.充电电压/电流与时间的关系
有关电池充电和一些可用产品的更多信息，可参阅《模拟对话》文章“适用于任何化学物的简单电池充电器IC。”
图4.LTC4162：3.2 A降压型电池充电器
图4显示了一个不错的多功能降压型电池充电器(LTC4162)示例，它可以提供高达3.2 A充电电流，适合用于多种应用，包括便携式仪器仪表和需要更大电池或电池组的应用。它也可用于从太阳能充电。
有许多不同的能源可供选择，也并非一定是户外应用才使用这种方式。太阳能以及压电或振动能量、热电能，甚至RF能量都是可以收集的（虽然其功率电平很低）。
至于缺点，与之前讨论的其他电源相比，其初始成本更高，因为需要使用收集元件，例如太阳能电池板、压电接收器或珀尔帖效应元件，以及电能转换IC和相关的使能组件。
另一个缺点是解决方案的整体尺寸更大，特别是与纽扣电池这样的电源相比。使用能量收集器和转换IC时，很难实现小型解决方案。
在效率方面，管理低电能水平也是一个难题。因为许多电源都是交流电源，所以需要整流。ADI使用二极管来实现整流。设计人员必须考虑其本身特性导致的电能损失。在增大输入电压的情况下，这种影响会减弱，但并非始终如此。
图6.能量收集应用中ADP5090的功能框图
图7.ADP5304压电电源应用电路
在研究电能管理时，物联网设备收集信号并将其发送回中央系统或云端的频率是另一个重要因素，它对整体功耗有很大影响。一种常见手段是调整电源使用的占空比，或者延长唤醒设备使其收集和/或发送数据的时间间隔。
在尝试管理系统电能使用情况时，对每个电子设备使用待机模式（如果提供）也是一种非常有用的工具。
