【導(dǎo)讀】對于可穿戴設(shè)備電源設(shè)計方案,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,由此展開相關(guān)探討,給你的可穿戴電源設(shè)計來點(diǎn)新鮮調(diào)味吧!
自可穿戴設(shè)備大熱以來,由低功耗、電源技術(shù)、可穿戴這些個關(guān)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(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(qiáng)勁CPU及GPU、以高性能處理多項任務(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)航方面也沒有給市場帶來特別驚喜。
打破技術(shù)的桎梏并非短期內(nèi)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(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)備能更簡單快速的獲取能量。除此之外,對于可穿戴設(shè)備電源設(shè)計方案,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,由此展開相關(guān)探討,給你的可穿戴電源設(shè)計來點(diǎn)新鮮調(diào)味吧!
可穿戴電源設(shè)計有哪些要求與創(chuàng)新?
安森美半導(dǎo)體無線細(xì)分市場公司策略及業(yè)務(wù)開發(fā)高級經(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,可能會涉及到溫度、光、運(yùn)動、振動、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說道,這些器件能夠結(jié)合安森美現(xiàn)有的知識產(chǎn)權(quán)(IP),以及其它簡單邏輯和存儲器特性,從而為設(shè)計人員在4個月內(nèi)提供完整的可穿戴電源管理設(shè)計。無疑,加快上市時間對使產(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)品市場及應(yīng)用經(jīng)理文司華博士如是說。
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(zāi),因此充電設(shè)備必須保證有過流保護(hù)、超高溫保護(hù)、低溫充電等設(shè)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(shè)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(hù),可監(jiān)測電池的操作,成功實現(xiàn)了在保持相同級別保護(hù)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(shè)備電池尺寸很小,加之設(shè)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(dá)到毫安級。“舉例來說,對于智能手機(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(yīng)該在6毫安時到3毫安時之間,充電設(shè)備能夠達(dá)到這個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個小時內(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間)則會有用的多,因為在系統(tǒng)其它部分待機(jī)或休眠時,傳感器本身的耗電量極低。
TI對此也有相應(yīng)布局。文司華表示,TI TPS25504可以從低能量源中收集能量,例如從一個太陽能電池(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。