【導(dǎo)讀】對(duì)于可穿戴設(shè)備電源設(shè)計(jì)方案，有哪些核心要素需要關(guān)注？我們應(yīng)該掌握些什么？筆者專門采訪了安森美半導(dǎo)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(shè)計(jì)來(lái)點(diǎn)新鮮調(diào)味吧！
自可穿戴設(shè)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(jì)其數(shù)，而續(xù)航時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題也始終為人所病垢，進(jìn)而成為衡量一款穿戴設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)之一。
盡管已經(jīng)有號(hào)稱一年續(xù)航時(shí)長(zhǎng)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(duì)于搭載LCD屏幕、配備強(qiáng)勁CPU及GPU、以高性能處理多項(xiàng)任務(wù)并支持應(yīng)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(yùn)始終難以擺脫，就連備受矚目的Apple Watch在續(xù)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(nèi)即可實(shí)現(xiàn)。就現(xiàn)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(shè)備能更簡(jiǎn)單快速的獲取能量。除此之外，對(duì)于可穿戴設(shè)備電源設(shè)計(jì)方案，有哪些核心要素需要關(guān)注？我們應(yīng)該掌握些什么？鑒此，筆者專門采訪了安森美半導(dǎo)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(shè)計(jì)來(lái)點(diǎn)新鮮調(diào)味吧！
可穿戴電源設(shè)計(jì)有哪些要求與創(chuàng)新？
安森美半導(dǎo)體無(wú)線細(xì)分市場(chǎng)公司策略及業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級(jí)經(jīng)理AJ ElJallad表示，可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵特性之一是它始終導(dǎo)通及處于喚醒狀態(tài)，即始終處于感測(cè)外界環(huán)境的狀態(tài)，且根據(jù)可穿戴設(shè)備間的不同，可能會(huì)涉及到溫度、光、運(yùn)動(dòng)、振動(dòng)、聲音等等的改變，因此要求可穿戴設(shè)備的工作能耗極低。
對(duì)此，在分立方案方面，安森美半導(dǎo)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(zhuǎn)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，我們稱作微型電源管理IC（mini-PMIC）。” AJ ElJallad說(shuō)道，這些器件能夠結(jié)合安森美現(xiàn)有的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），以及其它簡(jiǎn)單邏輯和存儲(chǔ)器特性，從而為設(shè)計(jì)人員在4個(gè)月內(nèi)提供完整的可穿戴電源管理設(shè)計(jì)。無(wú)疑，加快上市時(shí)間對(duì)使產(chǎn)品差異化及獲得消費(fèi)者興趣非常重要。
電池充電與充電保護(hù)有哪些因素需要重點(diǎn)考量？
于可穿戴而言，“安全性”和“實(shí)現(xiàn)較小的充電終止電流”是電池充電與充電保護(hù)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考量的因素，德州儀器高性能模擬半導(dǎo)體產(chǎn)品部電池管理產(chǎn)品市場(chǎng)及應(yīng)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(zāi)，因此充電設(shè)備必須保證有過(guò)流保護(hù)、超高溫保護(hù)、低溫充電等設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，充電IC引腳和解決方案的尺寸也要滿足可穿戴設(shè)備的需求，保證其尺寸很小。TI充電IC和燃料測(cè)量集成電路提供最全面的保護(hù)，可監(jiān)測(cè)電池的操作，成功實(shí)現(xiàn)了在保持相同級(jí)別保護(hù)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(xiàn)較小的充電終止電流。文司華指出，由于可穿戴設(shè)備電池尺寸很小，加之設(shè)備對(duì)電池精度的需求日益增加，這要求充電精確度必須很高，達(dá)到毫安級(jí)。“舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于智能手機(jī)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(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(yīng)該在6毫安時(shí)到3毫安時(shí)之間，充電設(shè)備能夠達(dá)到這個(gè)需求的是非常稀有的。”
另一層面的思考：借點(diǎn)能量使使？
AJ ElJallad表示，能量采集（Energy Harvesting）技術(shù)，即充分利用周圍的能量，并有效轉(zhuǎn)換為可以被存儲(chǔ)及采集的電能非常具有挑戰(zhàn)性，關(guān)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(gè)小時(shí)內(nèi)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(zhēng)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(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(shí)間）則會(huì)有用的多，因?yàn)樵谙到y(tǒng)其它部分待機(jī)或休眠時(shí)，傳感器本身的耗電量極低。
TI對(duì)此也有相應(yīng)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(zhuǎn)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)線充電亦是非常好的發(fā)展方向之一。
