原標(biāo)題：可穿戴設(shè)備的無(wú)線鋰離子充電器解決方案包括集成式降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器

在可穿戴設(shè)備（如TWS耳機(jī)、智能手表、健康監(jiān)測(cè)手環(huán)）中，無(wú)線充電與電池管理是核心挑戰(zhàn)之一。集成式降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器通過(guò)高效降壓、低靜態(tài)電流（Low Iq）和緊湊設(shè)計(jì)，成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)。以下是詳細(xì)解決方案：

一、為什么需要集成式降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器？

1. 無(wú)線充電接收端（RX）的電壓適配

• 無(wú)線充電接收端輸出電壓通常為5V或更高，而可穿戴設(shè)備電池電壓多為3.7V-4.2V。

• 問(wèn)題：直接使用接收端電壓會(huì)損壞電池，需通過(guò)降壓轉(zhuǎn)換器將電壓降至電池充電電壓。

2. 低靜態(tài)電流（Low Iq）需求

• 可穿戴設(shè)備需長(zhǎng)期待機(jī)，轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)電流直接影響電池壽命。

• 示例：若轉(zhuǎn)換器靜態(tài)電流為10μA，電池容量為50mAh，則每年自放電率達(dá)5%。

3. 空間與成本優(yōu)化

• 可穿戴設(shè)備內(nèi)部空間有限，集成式轉(zhuǎn)換器可減少外圍元件數(shù)量，降低BOM成本。

二、集成式降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵特性

1. 高效率降壓

• 目標(biāo)：在輕載（如待機(jī)）和重載（如充電）時(shí)均保持高效率。

• 技術(shù)：采用同步整流、低導(dǎo)通電阻MOSFET和自適應(yīng)頻率調(diào)節(jié)。

2. 低靜態(tài)電流（Low Iq）

• 目標(biāo)：待機(jī)時(shí)靜態(tài)電流<1μA，充電時(shí)效率>90%。

• 技術(shù)：使用低功耗模式（如TI的Power Save Mode）和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)。

3. 集成保護(hù)功能

• 過(guò)壓保護(hù)（OVP）：防止無(wú)線充電接收端輸出過(guò)高電壓。

• 過(guò)流保護(hù)（OCP）：限制充電電流，避免電池過(guò)熱。

• 短路保護(hù)（SCP）：防止輸出短路導(dǎo)致的損壞。

4. 小封裝與低成本

• 封裝：WSON-6、QFN-8等小型封裝，適合緊湊設(shè)計(jì)。

• 成本：通過(guò)集成MOSFET和保護(hù)電路，減少外圍元件數(shù)量。

三、推薦器件與解決方案

1. TI BQ25790/BQ25792

• 特性：

• 集成同步降壓轉(zhuǎn)換器，支持5V輸入、3.7V-4.2V輸出。

• 靜態(tài)電流<1μA（待機(jī)），充電效率>92%。

• 支持WPC Qi 1.3無(wú)線充電標(biāo)準(zhǔn)。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：TWS耳機(jī)充電盒、智能手表。

2. Richtek RT9701

• 特性：

• 高效率降壓轉(zhuǎn)換器，支持4.5V-20V輸入。

• 靜態(tài)電流<2μA，輸出電流可達(dá)2A。

• 內(nèi)置MOSFET和保護(hù)電路。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：健康監(jiān)測(cè)手環(huán)、智能眼鏡。

3. ST STLPS01

• 特性：

• 超低靜態(tài)電流（Iq=0.5μA），支持5V輸入、3.3V-4.2V輸出。

• 小型封裝（WLCSP-10），適合空間受限的設(shè)計(jì)。

• 應(yīng)用場(chǎng)景：可穿戴醫(yī)療設(shè)備。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)與優(yōu)化建議

1. 動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）

• 根據(jù)電池電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，提高充電效率。

• 示例：當(dāng)電池電壓為3.7V時(shí)，輸出電壓設(shè)置為4.0V；當(dāng)電池接近充滿時(shí)，降低至4.1V。

2. 熱管理

• 集成式轉(zhuǎn)換器需通過(guò)PCB散熱設(shè)計(jì)或散熱片優(yōu)化熱性能。

• 示例：在轉(zhuǎn)換器下方增加銅箔層，提高散熱效率。

3. EMI優(yōu)化

• 采用展頻技術(shù)（Spread Spectrum）降低EMI干擾。

• 示例：TI BQ25790內(nèi)置展頻功能，可減少對(duì)無(wú)線通信的干擾。

4. 軟件控制

• 通過(guò)主控芯片（如MCU）監(jiān)控充電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能充電管理。

• 示例：當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí)，降低充電電流或暫停充電。

五、實(shí)際案例分析

案例1：TWS耳機(jī)充電盒

• 問(wèn)題：原設(shè)計(jì)使用分立式降壓轉(zhuǎn)換器，效率低（85%），待機(jī)功耗高（10μA）。

• 解決方案：替換為T(mén)I BQ25790，充電效率提升至92%，待機(jī)功耗降至1μA以下。

• 結(jié)果：充電盒待機(jī)時(shí)間從3天延長(zhǎng)至10天。

案例2：智能手表

• 問(wèn)題：原設(shè)計(jì)使用線性穩(wěn)壓器（LDO），發(fā)熱嚴(yán)重，充電效率低。

• 解決方案：替換為Richtek RT9701，充電效率提升至90%，發(fā)熱量降低50%。

• 結(jié)果：手表續(xù)航時(shí)間從1天延長(zhǎng)至2天。

六、總結(jié)

• 集成式降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器是可穿戴設(shè)備無(wú)線充電的核心解決方案。

• 關(guān)鍵特性：高效率、低靜態(tài)電流、集成保護(hù)功能、小封裝。

• 推薦器件：TI BQ25790、Richtek RT9701、ST STLPS01。

• 設(shè)計(jì)建議：動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)、熱管理、EMI優(yōu)化、軟件控制。

通過(guò)合理選擇和優(yōu)化集成式降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，可顯著提升可穿戴設(shè)備的充電效率和電池壽命，同時(shí)降低設(shè)計(jì)復(fù)雜度和成本。