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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(xù)幾天甚至是幾個星期而又不用充電，因此功耗是一個關鍵的設計考慮因素。因此，高功率轉換效率將是一個關鍵的設計要素。時尚的手腕式可穿戴設備要想保持其酷炫特點，電子電路需要保持在極小的尺寸以內。這推動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，例如對太陽能或熱能進行能量采集。同時，某些產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線充電。

　　對于可穿戴電源目前存在的設計挑戰(zhàn)，總結了以下五點。

　　1、在鋰電池過充或溫度過高會導致起火，鋰電池的安全性問題仍讓人擔憂的同時，充電器應具有幾乎所有類型的安全設計，包括過壓保護、過流保護、過溫保護、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續(xù)航時間。通常，如果消費者每天都要為設備充電，他們就會不高興。在現在許多的智能手機都必須一兩天充電一次的情況下，終端用戶顯然期待能夠有所改善。整個電源管理應能夠提供高效率的電源轉換系統，這包括：穩(wěn)壓器效率，以及穩(wěn)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也不能完*電池運行時間的訴求。我們需要在使用可穿戴設備的同時，開發(fā)新的電源。新型電源的瓶頸在于其轉換為可用功率時，功率密度和轉換效率極低。

　　5、在可穿戴設備中，因為濕度、腐蝕等關系，許多產品的失效點為充電/信號連接器。

　　針對這些設計挑戰(zhàn)，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(jiān)控。TI在保持相同水平保護功能的同時縮小半導體尺寸的過程中取得了成功。例如，bq24040和bq25100都與JEITA標準兼容。兩者都具有Ts輸入用于監(jiān)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，甚至是電池電量耗盡時，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處于關閉模式時，電池漏電流低至75 nA。同時，“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，能夠幫助實現超過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30%～50%的電池運行時間。

　　4、能量采集技術刺激了可穿戴設備的新應用。TPS25504能夠從單個太陽能電池(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等應用取得極大成功，無線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。使用無線充電可使可穿戴設備無需使用連接器，做到更好地密封;無線充電有利于推廣帶有定制底座的易于充電的使用案例;無線充電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

　　意法半導體(ST)認為可穿戴設備有以下三點趨勢。，超低靜態(tài)電流和小封裝電源管理單芯片是個趨勢。該電源管理芯片需集成線性充電、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是一個集成路徑管理、3 .1V/ 100mA超低靜態(tài)電流LDO、線性充電和過放保護的電源管理芯片。整個芯片尺寸只有3mm×3mm ,同時待機功耗只有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電池壽命。3.1V/100mA超低靜態(tài)電流LDO在沒有負載時可以實現1nA的靜態(tài)電流。線性充電的充電電流可以通過外圍電阻設置充電電流從15mA～200mA，可以滿足所有各種可穿戴設備對充電電流的要求。

　　第二，太陽能充電及無線充電將廣泛用于智能手表。隨著國家對節(jié)能要求和可穿戴設備用戶戶外運動比較多的特點，太陽能充電就是一個很好的解決方案。無線充電本身帶有封閉性好的特點，尤其對一些戶外運動或水下運動的可穿戴設備將是一個很好的充電解決方案。第三，AMOLED屏驅動芯片。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。STOD32W是一個能滿足不同尺寸要求的驅動芯片。

　　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)、線性充電器、超低靜態(tài)電流的LDO、太陽能和無線充電方案、顯示屏驅動芯片。比如，STNS01是一款帶有路徑管理、3.1V/100mA LDO、線性充電和過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，ST還提供太陽能和無線充電方案。STOD32W是一款100mA電流和三路輸出的AMOLED屏驅動芯片，可以給3”的AMOLED屏供電。SPV1050是一款集成兩路LDO的太陽能充電芯片。

　　在可穿戴設備電源設計方面，不同芯片平臺廠家將會推出自己不同功能的可穿戴設備解決方案，設計適合不同廠家平臺的電源管理芯片將是一個挑戰(zhàn);還有就是超低功耗和小尺寸。另外，目前還沒有適合不同尺寸要求的無線充電。現有的無線充電三大標準下，對于用于無線充電線圈大小定義都不適合現有可穿戴設備尺寸。我們將會推出更小尺寸(比如CSP封裝)的電源管理芯片。同時對于現有的無線充電三大標準下，用于無線充電的線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線充電線圈大小的解決方案。比如針對智能手表，我們將會推出基于Qi標準的2.5W無線充電方案。另外，ST計劃推出的產品還有：更高效率的AMOLED驅動器芯片，CSP封裝的集成線性充電器、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產品形態(tài)，包括傳統便攜設備(如手表)，也包括在非設備類的穿戴產品中附件上各類傳感器進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(如GPS、環(huán)境等)和運動健康類(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特點：整個智能可穿戴設備市場還是在啟動培養(yǎng)階段，例如功能的豐富性，結果實用性及服務性特征等，都需要進一步的完善;很多功能及性能實現還需要進一步的技術突破，例如功耗、體積以及使用的方便性等;開發(fā)可穿戴設備的公司越來越多，幾乎所有的品牌手機廠商都在進行著某種形式的投資及開發(fā);越來越多的IDH(獨立設計公司)參與到相關技術的研發(fā)，尤其是在軟件數據處理方面。

　　從可穿戴設備發(fā)展趨勢角度來看，以下幾點可能會被業(yè)內關注：宏觀來看必將是電子設備市場的新的增長點;持續(xù)不斷的增加并完善健康保健類功能，甚至某些性能到達或通過醫(yī)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的可穿戴設備開發(fā)中會成為越發(fā)關鍵的要素;后臺數據的分析處理及反饋到終端用戶將是維持用戶持續(xù)使用的必經之路。

　　ADI作為在傳感器及模擬混合信號的供應商，在可穿戴設備領域也會緊跟客戶及市場發(fā)展趨勢，并用專門的醫(yī)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，在可穿戴市場都有很好的表現。

　　關于ADP16x系列而言，ADP160/ADP161/ADP162/ADP163均為超低靜態(tài)電流、低壓差線性穩(wěn)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 經過專門設計，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還包括一個開關電阻，當LDO禁用時，該電阻自動使輸出放電。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(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，進而檢測高度)三種傳感器。同時，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。對于該產品的續(xù)航能力，村田工程師介紹說：“產品的續(xù)航時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，可以工作3～4天時間。

　　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：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)進行保護：

• 230 V AC 時的額定電流：3 A
• 跳閘特性（類型）：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) 的技術規(guī)格