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TI認為在可穿戴設備中，電池通常非常小(例如100 mAh)，設備又需要持續幾天甚至是幾個(gè)星期而又不用充電，因此功耗是一個(gè)關(guān)鍵的設計考慮因素。因此，高功率轉換效率將是一個(gè)關(guān)鍵的設計要素。時(shí)尚的手腕式可穿戴設備要想保持其酷炫特點(diǎn)，電子電路需要保持在極小的尺寸以?xún)?。這推動(dòng)了高水平的包括電源管理IC在內的全器件集成。此外，功率器件的占板面積和封裝應做到盡可能小。另外，可穿戴設備可能采用新型電源，例如對太陽(yáng)能或熱能進(jìn)行能量采集。同時(shí)，某些產(chǎn)品可能更傾向于非接觸式充電。這些非接觸式充電當中包括了無(wú)線(xiàn)充電。

　　對于可穿戴電源目前存在的設計挑戰，總結了以下五點(diǎn)。

　　1、在鋰電池過(guò)充或溫度過(guò)高會(huì )導致起火，鋰電池的安全性問(wèn)題仍讓人擔憂(yōu)的同時(shí)，充電器應具有幾乎所有類(lèi)型的安全設計，包括過(guò)壓保護、過(guò)流保護、過(guò)溫保護、短路保護和低溫充電等，甚至是在充電器IC及解決方案尺寸必須保持非常小的情況下也是如此。

　　2、因為可穿戴設備中的電池較小，充電精度的需求提高使為這些小電池充電并非易事。充電器必須能夠提供更小的充電截止電流。換言之，充電器的精度應該更高，達m*。例如，在智能手機系統中，2,000 mAh電池的正常充電電流為1.2 A(0.6 C)，充電截止電流應為正常充電電流的1/10～1/20，即120 mA～60 mA。然而在手環(huán)中，由于電池容量可能為100 mAh，正常充電電流將為60 mA，充電截止電流應為6 mA～3 mA。滿(mǎn)足這種要求的充電器器件很難找到。

　　3、可穿戴設備應具有較長(cháng)續航時(shí)間。通常，如果消費者每天都要為設備充電，他們就會(huì )不高興。在現在許多的智能手機都必須一兩天充電一次的情況下，終端用戶(hù)顯然期待能夠有所改善。整個(gè)電源管理應能夠提供高效率的電源轉換系統，這包括：穩壓器效率，以及穩壓器和電池充電器應提供低靜態(tài)電流、低待機電流和低漏電流。具有極低漏電流和待機電流以及低靜態(tài)電流的電源管理器件更加難于設計。

　　4、甚至是現今的電池技術(shù)也不能完*電池運行時(shí)間的訴求。我們需要在使用可穿戴設備的同時(shí)，開(kāi)發(fā)新的電源。新型電源的瓶頸在于其轉換為可用功率時(shí)，功率密度和轉換效率極低。

　　5、在可穿戴設備中，因為濕度、腐蝕等關(guān)系，許多產(chǎn)品的失效點(diǎn)為充電/信號連接器。

　　針對這些設計挑戰，TI 的應對措施如下。

　　1、TI的充電器IC和電量計IC為工作中的電池提供了廣泛的保護和監控。TI在保持相同水平保護功能的同時(shí)縮小半導體尺寸的過(guò)程中取得了成功。例如，bq24040和bq25100都與JEITA標準兼容。兩者都具有Ts輸入用于監控電池熱敏電阻，以保證充電溫度在合適范圍內。bq24040尺寸為2mm×2mm，并且在2014 年中期推出bq25100之前是小的充電器。bq25100尺寸為1.6 mm×0.9 mm，與0603尺寸的電容相當(圖1)。

　　2、主流可穿戴設備品牌采用TIbq24040/45或bq24232(帶電源通路)充電器IC，是因為它們的尺寸較小(分別為2mm×2mm和3mm×3mm)、精度較高。并且在適配器連接時(shí)，甚至是電池電量耗盡時(shí)，bq24232允許系統立即上電。在*的可穿戴設計中，精度和電源通路特性青睞。另外，bq25100允許正常充電電流小為10 mA，并且能夠將充電截止電流或預充電電流設置為1mA，這是針對可穿戴設備的業(yè)界精度。

　　3、為了在電源管理系統中降低功耗，TI針對可穿戴設備在極低的流耗下工作改造了這些器件。例如，bq25100在工作模式下的靜態(tài)電流小于1μA，并且在bq25100處于關(guān)閉模式時(shí)，電池漏電流低至75 nA。同時(shí)，“Nano -Buck”TPS62736降壓轉換器的靜態(tài)電流極低，僅為380nA，在15nA低負載的情況下，能夠幫助實(shí)現超過(guò)90%的效率。與在低負載條件下的傳統DC/DC轉換相比，這能夠延長(cháng)30%～50%的電池運行時(shí)間。

　　4、能量采集技術(shù)刺激了可穿戴設備的新應用。TPS25504能夠從單個(gè)太陽(yáng)能電池(約0.3～0.6V)或TEG(熱電發(fā)生器，0.3V)等低能量源中獲取能量。它對啟動(dòng)電壓的要求較低，僅為0.33V，并且能夠在低至80 mV的電壓下工作。其靜態(tài)電流也很低，僅為330nA。

　　5、隨著(zhù)Moto360等應用取得極大成功，無(wú)線(xiàn)充電變成了可穿戴設備，尤其是智能手表的取代性選擇方案。使用無(wú)線(xiàn)充電可使可穿戴設備無(wú)需使用連接器，做到更好地密封;無(wú)線(xiàn)充電有利于推廣帶有定制底座的易于充電的使用案例;無(wú)線(xiàn)充電Rx推薦是Qi兼容的，這樣可穿戴設備能夠在任何標準的Qi充電器上進(jìn)行充電. Tx可以是Qi兼容的,但有些設計限于尺寸或特殊形狀要求，TX線(xiàn)圈需要定制(非Qi規范)。 ST：小體積、單芯片電源管理方案是發(fā)展趨勢

　　意法半導體(ST)認為可穿戴設備有以下三點(diǎn)趨勢。，超低靜態(tài)電流和小封裝電源管理單芯片是個(gè)趨勢。該電源管理芯片需集成線(xiàn)性充電、LDO和DC/DC等功能。LDO和DC/DC給其他模塊供電，比如藍牙、傳感器、MCU、GPS等。比如，STNS01是一個(gè)集成路徑管理、3 .1V/ 100mA超低靜態(tài)電流LDO、線(xiàn)性充電和過(guò)放保護的電源管理芯片。整個(gè)芯片尺寸只有3mm×3mm ,同時(shí)待機功耗只有100 nA。路徑管理可以保證即插即用，和減少電池充放電次數以延長(cháng)電池壽命。3.1V/100mA超低靜態(tài)電流LDO在沒(méi)有負載時(shí)可以實(shí)現1nA的靜態(tài)電流。線(xiàn)性充電的充電電流可以通過(guò)外圍電阻設置充電電流從15mA～200mA，可以滿(mǎn)足所有各種可穿戴設備對充電電流的要求。

　　第二，太陽(yáng)能充電及無(wú)線(xiàn)充電將廣泛用于智能手表。隨著(zhù)國家對節能要求和可穿戴設備用戶(hù)戶(hù)外運動(dòng)比較多的特點(diǎn)，太陽(yáng)能充電就是一個(gè)很好的解決方案。無(wú)線(xiàn)充電本身帶有封閉性好的特點(diǎn)，尤其對一些戶(hù)外運動(dòng)或水下運動(dòng)的可穿戴設備將是一個(gè)很好的充電解決方案。第三，AMOLED屏驅動(dòng)芯片。AMOLED屏將廣泛應用于智能手表。跟傳統LCD屏比較，AMOLED屏具有更高的亮度、更薄、更好的分辨率和更省電等特點(diǎn)。STOD32W是一個(gè)能滿(mǎn)足不同尺寸要求的驅動(dòng)芯片。

　　在可穿戴設備電源方面，ST有很多解決方案，包括：PMIC(電源管理IC)、線(xiàn)性充電器、超低靜態(tài)電流的LDO、太陽(yáng)能和無(wú)線(xiàn)充電方案、顯示屏驅動(dòng)芯片。比如，STNS01是一款帶有路徑管理、3.1V/100mA LDO、線(xiàn)性充電和過(guò)放保護功能的電源管理芯片。STLQ015具有超低靜態(tài)電流的LDO。在沒(méi)有負載的狀態(tài)下，其靜態(tài)電流只有1uA，不工作狀態(tài)下只有1nA。同時(shí)，ST還提供太陽(yáng)能和無(wú)線(xiàn)充電方案。STOD32W是一款100mA電流和三路輸出的AMOLED屏驅動(dòng)芯片，可以給3”的AMOLED屏供電。SPV1050是一款集成兩路LDO的太陽(yáng)能充電芯片。

　　在可穿戴設備電源設計方面，不同芯片平臺廠(chǎng)家將會(huì )推出自己不同功能的可穿戴設備解決方案，設計適合不同廠(chǎng)家平臺的電源管理芯片將是一個(gè)挑戰;還有就是超低功耗和小尺寸。另外，目前還沒(méi)有適合不同尺寸要求的無(wú)線(xiàn)充電?，F有的無(wú)線(xiàn)充電三大標準下，對于用于無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈大小定義都不適合現有可穿戴設備尺寸。我們將會(huì )推出更小尺寸(比如CSP封裝)的電源管理芯片。同時(shí)對于現有的無(wú)線(xiàn)充電三大標準下，用于無(wú)線(xiàn)充電的線(xiàn)圈大小定義都不適合現有可穿戴設備尺寸的情況，ST將推出具有自定義無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈大小的解決方案。比如針對智能手表，我們將會(huì )推出基于Qi標準的2.5W無(wú)線(xiàn)充電方案。另外，ST計劃推出的產(chǎn)品還有：更高效率的AMOLED驅動(dòng)器芯片，CSP封裝的集成線(xiàn)性充電器、LDO或DC/DC等功能的電源管理芯片等。”

　　ADI：迎合電源管理低功耗、小體積及低成本要求

　　可穿戴設備本身是很寬泛的概念覆蓋各類(lèi)產(chǎn)品形態(tài)，包括傳統便攜設備(如手表)，也包括在非設備類(lèi)的穿戴產(chǎn)品中附件上各類(lèi)傳感器進(jìn)而成為可穿戴設備的范疇，例如衣服鞋帽等?？纱┐髟O備所提供的功能目前多集中在在工具類(lèi)(如GPS、環(huán)境等)和運動(dòng)健康類(lèi)(如計步、睡眠、心率、體脂分析，以及血氧等)。

　　可穿戴設備現狀有如下幾個(gè)特點(diǎn)：整個(gè)智能可穿戴設備市場(chǎng)還是在啟動(dòng)培養階段，例如功能的豐富性，結果實(shí)用性及服務(wù)性特征等，都需要進(jìn)一步的完善;很多功能及性能實(shí)現還需要進(jìn)一步的技術(shù)突破，例如功耗、體積以及使用的方便性等;開(kāi)發(fā)可穿戴設備的公司越來(lái)越多，幾乎所有的品牌手機廠(chǎng)商都在進(jìn)行著(zhù)某種形式的投資及開(kāi)發(fā);越來(lái)越多的IDH(獨立設計公司)參與到相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，尤其是在軟件數據處理方面。

　　從可穿戴設備發(fā)展趨勢角度來(lái)看，以下幾點(diǎn)可能會(huì )被業(yè)內關(guān)注：宏觀(guān)來(lái)看必將是電子設備市場(chǎng)的新的增長(cháng)點(diǎn);持續不斷的增加并完善健康保健類(lèi)功能，甚至某些性能到達或通過(guò)醫療級的應用標準;高集成度、小體積、低功耗以及低成本的傳感器硬件在將來(lái)的可穿戴設備開(kāi)發(fā)中會(huì )成為越發(fā)關(guān)鍵的要素;后臺數據的分析處理及反饋到終端用戶(hù)將是維持用戶(hù)持續使用的必經(jīng)之路。

　　ADI作為在傳感器及模擬混合信號的供應商，在可穿戴設備領(lǐng)域也會(huì )緊跟客戶(hù)及市場(chǎng)發(fā)展趨勢，并用專(zhuān)門(mén)的醫療保健團隊提供系統級包括軟件在內的方案。除此以外，在迎合可穿戴設備中電源管理特定的低功耗、小體積及低成本的要求，例如ADP150、ADP160等，在可穿戴市場(chǎng)都有很好的表現。

　　關(guān)于A(yíng)DP16x系列而言，ADP160/ADP161/ADP162/ADP163均為超低靜態(tài)電流、低壓差線(xiàn)性穩壓器，工作電壓為2.2V～5.5V，輸出電流可達150mA。在150mA負載下壓差僅為195mV，不僅可提高效率，而且能使器件在很寬的輸入電壓范圍內工作。

　　ADP16x 經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，利用1μF±30%小陶瓷輸入和輸出電容便可穩定工作，適合高性能、空間受限應用的要求。ADP160可提供1.2V～4.2V范圍內的15種固定輸出電壓選項ADP160/ADP161還包括一個(gè)開(kāi)關(guān)電阻，當LDO禁用時(shí)，該電阻自動(dòng)使輸出放電。ADP162不包括輸出放電功能，其余與ADP160*相同。ADP161和ADP163可用作可調輸出電壓穩壓器，僅提供5引腳TSOT封裝。ADP163不包括輸出放電功能，其余與ADP161*相同。短路和熱過(guò)載保護電路可以防止器件在不利條件下受損。 村田：手機用微型DC/DC轉換器沿用到可穿戴設備中

　　日前，村田制作所(Murata)在展會(huì )推出了可穿戴設備的整體解決方案。展出的可穿戴設備集成了薄膜型溫度傳感器(用于檢測體表的溫度)、光傳感器(用于檢測心率)以及MEMS氣壓傳感器(檢測氣壓，進(jìn)而檢測高度)三種傳感器。同時(shí)，它還集成了藍牙智能模塊、微型DC-DC轉換器，以及片狀多層陶瓷電容。對于該產(chǎn)品的續航能力，村田工程師介紹說(shuō)：“產(chǎn)品的續航時(shí)間取決于具體應用設計。這款展示方案采用CR2032鋰錳扣式電池，若所有功能全開(kāi)，可以工作3～4天時(shí)間。

　　其中，該設備采用的微型DC-DC轉換器模塊系列集成了功率IC、功率電感，以及輸入和輸出電容(圖4)。該系列模塊尺寸為2.5mm×2.0mm×1.1/1.2mm，其特點(diǎn)是體積非常小，抗EMI干擾能力強。該系列輸出電壓為1.0V～3.3V，輸入電壓為2.3V～5.5V，負載電流為600mA。它總共有3大類(lèi)：降壓、升降壓和升壓。

6ES7307-1BA01-0AA0

屬性

PS 307; 2 A 電源模塊的屬性：

• 輸出電流為 2 A
• 輸出電壓為 24 V DC；防短路和防開(kāi)路
• 與單相交流電源連接

  （額定輸入電壓為 120/230 V AC，50/60 Hz）

• 安全電氣隔離，符合 EN 60 950 (SELV)
• 可用作負載電源

PS 307; 2 A接線(xiàn)圖

PS 307; 2 A 的電路示意圖

 
圖片: 電源模塊 PS 307; 2 A 的電路示意圖

線(xiàn)路保護

PS 307電源模塊(2 A)的主電源應使用具有下列額定值的微型斷路器(例如Siemens 5SN1系列)進(jìn)行保護：

• 230 V AC 時(shí)的額定電流：3 A
• 跳閘特性（類(lèi)型）：C。

對非典型工作條件的響應

列表: PS 307; 2A電源模塊對非典型工作條件的響應

PS 307；2 A (6ES7307-1BA01-0AA0) 的技術(shù)規格