自可穿戴設備大熱以來(lái)，由低功耗、電源技術(shù)、可穿戴這些個(gè)關(guān)鍵詞組成的文章已不計其數，而續航時(shí)長(cháng)的問(wèn)題也始終為人所病垢，進(jìn)而成為衡量一款穿戴設備的標準之一。

 

盡管已經(jīng)有號稱(chēng)一年續航時(shí)長(cháng)的vivofit手環(huán)，以及可維期一個(gè)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(wù)并支持應用的智能手表、智能眼鏡等產(chǎn)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在續航方面也沒(méi)有給市場(chǎng)帶來(lái)特別驚喜。

 

打破技術(shù)的桎梏并非短期內即可實(shí)現。就現階段而言，一方面仍需從電源管理、電池技術(shù)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(jiǎn)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(guān)注？我們應該掌握些什么？鑒此，筆者專(zhuān)門(mén)采訪(fǎng)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(kāi)相關(guān)探討，給你的可穿戴電源設計來(lái)點(diǎn)新鮮調味吧！

 

 

安森美半導體無(wú)線(xiàn)細分市場(chǎng)公司策略及業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級經(jīng)理AJ ElJallad表示，可穿戴設備的關(guān)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)，且根據可穿戴設備間的不同，可能會(huì )涉及到溫度、光、運動(dòng)、振動(dòng)、聲音等等的改變，因此要求可穿戴設備的工作能耗極低。

 

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(chǎn)品的下一步集成，我們稱(chēng)作微型電源管理IC（mini-PMIC）。” AJ ElJallad說(shuō)道，這些器件能夠結合安森美現有的知識產(chǎn)權（IP），以及其它簡(jiǎn)單邏輯和存儲器特性，從而為設計人員在4個(gè)月內提供完整的可穿戴電源管理設計。無(wú)疑，加快上市時(shí)間對使產(chǎn)品差異化及獲得消費者興趣非常重要。

 

 

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

 

先說(shuō)安全性。在文司華看來(lái)，鋰電池的安全性非常重要。過(guò)度充電和高溫會(huì )引起火災，因此充電設備必須保證有過(guò)流保護、超高溫保護、低溫充電等設計。與此同時(shí)，充電IC引腳和解決方案的尺寸也要滿(mǎn)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，可監測電池的操作，成功實(shí)現了在保持相同級別保護功能的同時(shí)，按比例縮小硅的尺寸，例如bq24040 和 bq25100。

 

再者就是如何實(shí)現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(lái)說(shuō)，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充電電流的1/10~1/20，即120毫安時(shí)到60毫安時(shí)；而在智能手環(huán)中，電池容量少于100毫安時(shí)，通常的充電電流為60毫安時(shí)，充電終止電流應該在6毫安時(shí)到3毫安時(shí)之間，充電設備能夠達到這個(gè)需求的是非常稀有的。”

 

 

AJ ElJallad表示，能量采集（Energy Harvesting）技術(shù)，即充分利用周?chē)哪芰?，并有效轉換為可以被存儲及采集的電能非常具有挑戰性，關(guān)鍵在于能效及能夠采集的能量數量。比如，如果增加額外的元器件，在1個(gè)小時(shí)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結構，使能量采集工作僅為傳感器等供電，或是用于極類(lèi)似的工作（如使智能手表保持顯示時(shí)間）則會(huì )有用的多，因為在系統其它部分待機或休眠時(shí)，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(gè)太陽(yáng)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(gè)較低的啟動(dòng)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(wú)線(xiàn)充電亦是非常好的發(fā)展方向之一。