給你的可穿戴電源設計來點調味 - 全文

　　自可穿戴設備大熱以來，由低功耗、電源技術、可穿戴這些個關鍵詞組成的文章已不計其數(shù)，而續(xù)航時長的問題也始終為人所病垢，進而成為衡量一款穿戴設備的標準之一。

　　盡管已經有號稱一年續(xù)航時長的vivofit手環(huán)，以及可維期一個月工作的小米手環(huán)臨世，然而，對于搭載LCD屏幕、配備強勁CPU及GPU、以高性能處理多項任務并支持應用的智能手表、智能眼鏡等產品，一天一充甚至多充的命運始終難以擺脫，就連備受矚目的Apple Watch在續(xù)航方面也沒有給市場帶來特別驚喜。

　　打破技術的桎梏并非短期內即可實現(xiàn)。就現(xiàn)階段而言，一方面仍需從電源管理、電池技術等層面入手不斷創(chuàng)新，另一方面則可以思考，如何讓設備能更簡單快速的獲取能量。除此之外，對于可穿戴設備電源設計方案，有哪些核心要素需要關注？我們應該掌握些什么？鑒此，筆者專門采訪了安森美半導體以及德州儀器兩大巨頭公司高層，由此展開相關探討，給你的可穿戴電源設計來點新鮮調味吧！

　　可穿戴電源設計有哪些要求與創(chuàng)新？

　　安森美半導體無線細分市場公司策略及業(yè)務開發(fā)高級經理AJ ElJallad表示，可穿戴設備的關鍵特性之一是它始終導通及處于喚醒狀態(tài)，即始終處于感測外界環(huán)境的狀態(tài)，且根據(jù)可穿戴設備間的不同，可能會涉及到溫度、光、運動、振動、聲音等等的改變，因此要求可穿戴設備的工作能耗極低。

　　AJ ElJallad指出，手表是已經存在很多年的東西了，基于手表的特性，智能手表被要求在保證全天不間斷的顯示時間之外，還能提供額外智能特性。

　　對此，在分立方案方面，安森美半導體提供了多種不同元器件，適合超低能耗電源管理，并采用了小型微封裝，其中包括DC-DC轉換器、電池充電IC、溫度傳感器、輸入電壓低于1 V及采用0.6 x 0.6 mm封裝4 LDO等。

　　“電源管理產品的下一步集成，我們稱作微型電源管理IC（mini-PMIC）?！?AJ ElJallad說道，這些器件能夠結合安森美現(xiàn)有的知識產權（IP），以及其它簡單邏輯和存儲器特性，從而為設計人員在4個月內提供完整的可穿戴電源管理設計。無疑，加快上市時間對使產品差異化及獲得消費者興趣非常重要。

　　電池充電與充電保護有哪些因素需要重點考量？

　　于可穿戴而言，“安全性”和“實現(xiàn)較小的充電終止電流”是電池充電與充電保護應當重點考量的因素，德州儀器高性能模擬半導體產品部電池管理產品市場及應用經理文司華博士如是說。

　　文司華表示，除上述兩點以外，尤其在可穿戴設備中，充電的信號連接器也是重要的一環(huán)，在濕度加大的情況下，它很容易失效。

　　先說安全性。在文司華看來，鋰電池的安全性非常重要。過度充電和高溫會引起火災，因此充電設備必須保證有過流保護、超高溫保護、低溫充電等設計。與此同時，充電IC引腳和解決方案的尺寸也要滿足可穿戴設備的需求，保證其尺寸很小。TI充電IC和燃料測量集成電路提供最全面的保護，可監(jiān)測電池的操作，成功實現(xiàn)了在保持相同級別保護功能的同時，按比例縮小硅的尺寸，例如bq24040 和 bq25100。

　　再者就是如何實現(xiàn)較小的充電終止電流。文司華指出，由于可穿戴設備電池尺寸很小，加之設備對電池精度的需求日益增加，這要求充電精確度必須很高，達到毫安級。“舉例來說，對于智能手機而言，通常為2000毫安充電需要1.2A（0.6C），充電截止電流一般為常規(guī)充電電流的1/10~1/20，即120毫安時到60毫安時；而在智能手環(huán)中，電池容量少于100毫安時，通常的充電電流為60毫安時，充電終止電流應該在6毫安時到3毫安時之間，充電設備能夠達到這個需求的是非常稀有的?！?/span>

　　另一層面的思考：借點能量使使？

　　AJ ElJallad表示，能量采集（Energy Harvesting）技術，即充分利用周圍的能量，并有效轉換為可以被存儲及采集的電能非常具有挑戰(zhàn)性，關鍵在于能效及能夠采集的能量數(shù)量。比如，如果增加額外的元器件，在1個小時內采集的少量能量，可能不到1秒鐘工作就被消耗掉了，因此業(yè)界存在爭議是否值得增添元器件，而亟待解決的挑戰(zhàn)是可以采集多少能量，以及用于什么工作。如果你打算重新設計系統(tǒng)結構，使能量采集工作僅為傳感器等供電，或是用于極類似的工作（如使智能手表保持顯示時間）則會有用的多，因為在系統(tǒng)其它部分待機或休眠時，傳感器本身的耗電量極低。

　　TI對此也有相應布局。文司華表示，TI TPS25504可以從低能量源中收集能量，例如從一個太陽能電池（0.3 ~ 0.3 v）或熱電轉換中（<0.3 v）收集。它僅需要一個較低的啟動電壓0.33V，可在80mV的狀態(tài)下舉行，其靜態(tài)電流同樣很低，僅僅為330nA。此外，無線充電亦是非常好的發(fā)展方向之一。

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