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TI認(rèn)為在可穿戴設(shè)備中,，電池通常非常小(例如100 mAh),，設(shè)備又需要持續(xù)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(shè)計(jì)考慮因素,。因此,，高功率轉(zhuǎn)換效率將是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)要素。時(shí)尚的手腕式可穿戴設(shè)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)?nèi),。這推動(dòng)了高水平的包括電源管理IC在內(nèi)的全器件集成。此外，功率器件的占板面積和封裝應(yīng)做到盡可能小,。另外,，可穿戴設(shè)備可能采用新型電源，例如對(duì)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(dāng)中包括了無(wú)線(xiàn)充電,。

　　對(duì)于可穿戴電源目前存在的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，總結(jié)了以下五點(diǎn)。

　　1,、在鋰電池過(guò)充或溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致起火,，鋰電池的安全性問(wèn)題仍讓人擔(dān)憂(yōu)的同時(shí)，充電器應(yīng)具有幾乎所有類(lèi)型的安全設(shè)計(jì),，包括過(guò)壓保護(hù),、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù),、短路保護(hù)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?yàn)榭纱┐髟O(shè)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(yīng)該更高，達(dá)m*,。例如，在智能手機(jī)系統(tǒng)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(yīng)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(yīng)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(shè)備應(yīng)具有較長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間,。通常，如果消費(fèi)者每天都要為設(shè)備充電，他們就會(huì)不高興,。在現(xiàn)在許多的智能手機(jī)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(yīng)能夠提供高效率的電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng),，這包括：穩(wěn)壓器效率,，以及穩(wěn)壓器和電池充電器應(yīng)提供低靜態(tài)電流、低待機(jī)電流和低漏電流,。具有極低漏電流和待機(jī)電流以及低靜態(tài)電流的電源管理器件更加難于設(shè)計(jì),。

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

　　5、在可穿戴設(shè)備中,，因?yàn)闈穸?、腐蝕等關(guān)系，許多產(chǎn)品的失效點(diǎn)為充電/信號(hào)連接器,。

　　針對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，TI 的應(yīng)對(duì)措施如下。

　　1,、TI的充電器IC和電量計(jì)IC為工作中的電池提供了廣泛的保護(hù)和監(jiān)控,。TI在保持相同水平保護(hù)功能的同時(shí)縮小半導(dǎo)體尺寸的過(guò)程中取得了成功。例如,，bq24040和bq25100都與JEITA標(biāo)準(zhǔn)兼容,。兩者都具有Ts輸入用于監(jiān)控電池?zé)崦綦娮瑁员ＷC充電溫度在合適范圍內(nèi),。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(dāng)(圖1),。

　　2、主流可穿戴設(shè)備品牌采用TIbq24040/45或bq24232(帶電源通路)充電器IC,，是因?yàn)樗鼈兊某叽巛^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(tǒng)立即上電。在*的可穿戴設(shè)計(jì)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?qū)⒊潆娊刂闺娏骰蝾A(yù)充電電流設(shè)置為1mA,，這是針對(duì)可穿戴設(shè)備的業(yè)界精度,。

　　3、為了在電源管理系統(tǒng)中降低功耗,，TI針對(duì)可穿戴設(shè)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(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流極低,，僅為380nA，在15nA低負(fù)載的情況下,，能夠幫助實(shí)現(xiàn)超過(guò)90%的效率,。與在低負(fù)載條件下的傳統(tǒng)DC/DC轉(zhuǎn)換相比，這能夠延長(zhǎng)30%～50%的電池運(yùn)行時(shí)間,。

　　4,、能量采集技術(shù)刺激了可穿戴設(shè)備的新應(yīng)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(duì)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Moto360等應(yīng)用取得極大成功，無(wú)線(xiàn)充電變成了可穿戴設(shè)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(shè)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(shè)備能夠在任何標(biāo)準(zhǔn)的Qi充電器上進(jìn)行充電. Tx可以是Qi兼容的,但有些設(shè)計(jì)限于尺寸或特殊形狀要求，TX線(xiàn)圈需要定制(非Qi規(guī)范),。 ST：小體積,、單芯片電源管理方案是發(fā)展趨勢(shì)

　　意法半導(dǎo)體(ST)認(rèn)為可穿戴設(shè)備有以下三點(diǎn)趨勢(shì)。，超低靜態(tài)電流和小封裝電源管理單芯片是個(gè)趨勢(shì),。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(lán)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(hù)的電源管理芯片。整個(gè)芯片尺寸只有3mm×3mm ,同時(shí)待機(jī)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(shù)以延長(zhǎng)電池壽命。3.1V/100mA超低靜態(tài)電流LDO在沒(méi)有負(fù)載時(shí)可以實(shí)現(xiàn)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(shè)置充電電流從15mA～200mA,，可以滿(mǎn)足所有各種可穿戴設(shè)備對(duì)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,。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能要求和可穿戴設(shè)備用戶(hù)戶(hù)外運(yùn)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(duì)一些戶(hù)外運(yùn)動(dòng)或水下運(yùn)動(dòng)的可穿戴設(shè)備將是一個(gè)很好的充電解決方案。第三,，AMOLED屏驅(qū)動(dòng)芯片,。AMOLED屏將廣泛應(yīng)用于智能手表。跟傳統(tǒng)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(qū)動(dòng)芯片,。

　　在可穿戴設(shè)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(qū)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(hù)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(fù)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(qū)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(shè)備電源設(shè)計(jì)方面,，不同芯片平臺(tái)廠家將會(huì)推出自己不同功能的可穿戴設(shè)備解決方案,，設(shè)計(jì)適合不同廠家平臺(tái)的電源管理芯片將是一個(gè)挑戰(zhàn);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(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)充電三大標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)于用于無(wú)線(xiàn)充電線(xiàn)圈大小定義都不適合現(xiàn)有可穿戴設(shè)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(duì)于現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)充電三大標(biāo)準(zhǔn)下，用于無(wú)線(xiàn)充電的線(xiàn)圈大小定義都不適合現(xiàn)有可穿戴設(shè)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(duì)智能手表，我們將會(huì)推出基于Qi標(biāo)準(zhǔn)的2.5W無(wú)線(xiàn)充電方案,。另外,，ST計(jì)劃推出的產(chǎn)品還有：更高效率的AMOLED驅(qū)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(shè)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(tǒng)便攜設(shè)備(如手表),，也包括在非設(shè)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(shè)備的范疇，例如衣服鞋帽等,?？纱┐髟O(shè)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(yùn)動(dòng)健康類(lèi)(如計(jì)步,、睡眠,、心率、體脂分析,，以及血氧等),。

　　可穿戴設(shè)備現(xiàn)狀有如下幾個(gè)特點(diǎn)：整個(gè)智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)還是在啟動(dòng)培養(yǎng)階段，例如功能的豐富性,，結(jié)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(xiàn)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(shè)備的公司越來(lái)越多,，幾乎所有的品牌手機(jī)廠商都在進(jìn)行著某種形式的投資及開(kāi)發(fā);越來(lái)越多的IDH(獨(dú)立設(shè)計(jì)公司)參與到相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，尤其是在軟件數(shù)據(jù)處理方面,。

　　從可穿戴設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)角度來(lái)看,，以下幾點(diǎn)可能會(huì)被業(yè)內(nèi)關(guān)注：宏觀來(lái)看必將是電子設(shè)備市場(chǎng)的新的增長(zhǎng)點(diǎn);持續(xù)不斷的增加并完善健康保健類(lèi)功能，甚至某些性能到達(dá)或通過(guò)醫(yī)療級(jí)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn);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(shè)備開(kāi)發(fā)中會(huì)成為越發(fā)關(guān)鍵的要素;后臺(tái)數(shù)據(jù)的分析處理及反饋到終端用戶(hù)將是維持用戶(hù)持續(xù)使用的必經(jīng)之路。

　　ADI作為在傳感器及模擬混合信號(hào)的供應(yīng)商,，在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域也會(huì)緊跟客戶(hù)及市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì),，并用專(zhuān)門(mén)的醫(yī)療保健團(tuán)隊(duì)提供系統(tǒng)級(jí)包括軟件在內(nèi)的方案。除此以外,，在迎合可穿戴設(shè)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(xiàn)。

　　關(guān)于ADP16x系列而言,，ADP160/ADP161/ADP162/ADP163均為超低靜態(tài)電流,、低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器，工作電壓為2.2V～5.5V,，輸出電流可達(dá)150mA,。在150mA負(fù)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(nèi)工作,。

　　ADP16x 經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，利用1μF±30%小陶瓷輸入和輸出電容便可穩(wěn)定工作,，適合高性能,、空間受限應(yīng)用的要求。ADP160可提供1.2V～4.2V范圍內(nèi)的15種固定輸出電壓選項(xiàng)ADP160/ADP161還包括一個(gè)開(kāi)關(guān)電阻,，當(dāng)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(diào)輸出電壓穩(wěn)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(hù)電路可以防止器件在不利條件下受損。 村田：手機(jī)用微型DC/DC轉(zhuǎn)換器沿用到可穿戴設(shè)備中

　　日前,，村田制作所(Murata)在展會(huì)推出了可穿戴設(shè)備的整體解決方案,。展出的可穿戴設(shè)備集成了薄膜型溫度傳感器(用于檢測(cè)體表的溫度)、光傳感器(用于檢測(cè)心率)以及MEMS氣壓傳感器(檢測(cè)氣壓,，進(jìn)而檢測(cè)高度)三種傳感器,。同時(shí)，它還集成了藍(lán)牙智能模塊,、微型DC-DC轉(zhuǎn)換器,，以及片狀多層陶瓷電容。對(duì)于該產(chǎn)品的續(xù)航能力,，村田工程師介紹說(shuō)：“產(chǎn)品的續(xù)航時(shí)間取決于具體應(yīng)用設(shè)計(jì),。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(shè)備采用的微型DC-DC轉(zhuǎn)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(qiáng)。該系列輸出電壓為1.0V～3.3V,，輸入電壓為2.3V～5.5V,，負(fù)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(fù)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(hù)

PS 307電源模塊(2 A)的主電源應(yīng)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(hù)：

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

對(duì)非典型工作條件的響應(yīng)

列表: PS 307; 2A電源模塊對(duì)非典型工作條件的響應(yīng)

PS 307,；2 A (6ES7307-1BA01-0AA0) 的技術(shù)規(guī)格