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可穿戴设备的电源方案探讨资料下载
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2021-04-16
刘高
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作者：Landa Culbertson, Mouser Electronics
薄、小、轻是对可穿戴设备的基本要求，也解释了为什么可穿戴技术的短板是电池续航时间。传统符合要求的电池有锂电池纽扣电池，这种电池对传感器和其他的小功率穿戴设备来说足够了，但它很难跟上越来越多的可穿戴设备的脚步，比如健康带和智能手表。现在大多数智能手表电池只够用一天。
图一：Apple Watch是苹果第一款可穿戴，具有革命性的新技术和开创性的用户界面。（照片由苹果公司提供）
对这些类型的设备来说，提高电池续航是获取市场份额的关键，这将是一个庞大的市场，预测将在2018年达到3.8亿个单位。能量收集，无线充电，电池管理，电源管理和低消耗解决方案都是在可穿戴设计中提高续航的可选择方案。本文章将重点介绍有关这些领域的最新技术，来帮助可穿戴设备的设计师们创造优秀的电源方案并更好的做好电源分配工作。
能量收集电源管理
能量汲取于身体，如体温和肢干的运动，或者来自环境如环境光线携带的仅微瓦到毫瓦单位的能量—不足以支撑智能手表的使用。德州仪器（TI）有一种设备，bq25570，它能把收集到的300到400毫瓦一下推到能给电池充电的3到5V。虽然现在这不能产生足够智能手表工作的电量，但至少能延长工作时间。“超低功耗高能量采集管理集成电路”如bq25570，也包括一个提供能第二种电力运营系统的高效nano-电源降压变换器。
传统电池充电（usb或适配器）
我们当然可以给可穿戴设备的电池用传统方式充电，通过usb或适配器连接。TI的新bq25100单电池锂电池充电器提供了一个微型解决方案几乎相当于现存电源方案的一半，同时它又能在成本敏感的可穿戴市场里支持低成本适配器的使用。充电器有高达30V的输入电压和6.5V的输入电压保护，除了其他的保护参数。
Maxim的MAX14676/76A为可穿戴设备的电源充电管理提供了另一种选择。高度集成的MAX14676/76A，我们可以把它描述为“可穿戴电源管理方案集成电路”，它不止包括线性的充电电路，也包括延长续航时大量的低消耗能源管理周边节约主机板的空间。这些包括一个1.8V的低静态电流（lq）200mA的降压调节器，3.2V的低静态电流100mA低压差线性稳压器（LDO），2.0V“永远打开”50µA LDO， 5V安全输出LDO，6.6V低Lq120µA 电荷泵，甚至5V到17V的输出激增转换器可支持广泛种类的显示选项。
bq25100和MAX14676/76A都能与无线电力接收器/发射器搭配，提供可穿戴设备设计的无线充电能力。
兼容Qi标准的无线充电方案
无线充电由于其便捷性变得很受穿戴设备的欢迎。和传统线性充电方式相比，消费者更倾向于直接把智能手表放在无线充电基座上，而不是到处找充电线和插座并连接三者为智能手表充电。因此，许多的无线充电方案适用于种类丰富的产品。以下重点介绍了德州仪器的方案。
TI提供了一个无线充电方案的前沿设计，TIDA-00318，可适用于低功率穿戴设备。这种方案可以搭配之前我们介绍过的bq25100单电池锂电池线性充电器，和一个Qi compliant无线电源接收器来满足整个Qi compliant无线充电方案。Qi是一个无线充电设备的国际互通标准；任何Qi认证的无线电源接收设备，如Moto 360 智能手表，能够在有Qi认证的所有基座上完成充电。因此，任何执行TIDA-00318的可穿戴设备都该获得Qi认证在Qi充电基座上工作。TIDA-00318为135mA充电规格而设计，而且体积很小，仅为5x15mm2。
对一个更小的可穿戴设备无线充电接收器方案，TI有TIDA-00329参考设计。它只有5.23mm x 5.48mm合并了你bq51003 Qi compliant无线电源接收器或bq51050B/51B Qi compliant 无线充电。这种微型设计能提供高达2W的电量。
在无线电源发射器上，或者可穿戴设备无线充电方案充电基座的一面，TI提供了TIDA-00334参考设计。在小型可穿戴设备发射器的设计上采用了bq500212A IC。微型usb连接器的电源是5V。低功率设计支持接收器的输出功率高达2.5W。
TIDA-00334无线发射器参考设计陈列在一个30mm的区域内，匹配Wurth coil760308101103的圆直径，只比一个15分美元或2欧硬币大一点。
图二：Wurth Elektronik's WE-WPCC 无线充电接受器线圈符合WPC的Qi标准。(mbbeetchina)
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