西门子电源6ES7307-1EA01-0AA0

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TI认为在可穿戴设备中，电池通常非常小(例如100 mAh)，设备又需要持续几天甚至是几个星期而又不用充电，因此功耗是一个关键的设计考虑因素。因此，高功率转换效率将是一个关键的设计要素。时尚的手腕式可穿戴设备要想保持其酷炫特点，电子电路需要保持在极小的尺寸以内。这推动了高水平的包括电源管理IC在内的全器件集成。此外，功率器件的占板面积和封装应做到尽可能小。另外，可穿戴设备可能采用新型电源，例如对太阳能或热能进行能量采集。同时，某些产品可能更倾向于非接触式充电。这些非接触式充电当中包括了无线充电。

　　对于可穿戴电源目前存在的设计挑战，总结了以下五点。

　　1、在锂电池过充或温度过高会导致起火，锂电池的安全性问题仍让人担忧的同时，充电器应具有几乎所有类型的安全设计，包括过压保护、过流保护、过温保护、短路保护和低温充电等，甚至是在充电器IC及解决方案尺寸必须保持非常小的情况下也是如此。

　　2、因为可穿戴设备中的电池较小，充电精度的需求提高使为这些小电池充电并非易事。充电器必须能够提供更小的充电截止电流。换言之，充电器的精度应该更高，达m*。例如，在智能手机系统中，2,000 mAh电池的正常充电电流为1.2 A(0.6 C)，充电截止电流应为正常充电电流的1/10～1/20，即120 mA～60 mA。然而在手环中，由于电池容量可能为100 mAh，正常充电电流将为60 mA，充电截止电流应为6 mA～3 mA。满足这种要求的充电器器件很难找到。

　　3、可穿戴设备应具有较长续航时间。通常，如果消费者每天都要为设备充电，他们就会不高兴。在现在许多的智能手机都必须一两天充电一次的情况下，终端用户显然期待能够有所改善。整个电源管理应能够提供高效率的电源转换系统，这包括：稳压器效率，以及稳压器和电池充电器应提供低静态电流、低待机电流和低漏电流。具有极低漏电流和待机电流以及低静态电流的电源管理器件更加难于设计。

　　4、甚至是现今的电池技术也不能完*电池运行时间的诉求。我们需要在使用可穿戴设备的同时，开发新的电源。新型电源的瓶颈在于其转换为可用功率时，功率密度和转换效率极低。

　　5、在可穿戴设备中，因为湿度、腐蚀等关系，许多产品的失效点为充电/信号连接器。

　　针对这些设计挑战，TI 的应对措施如下。

　　1、TI的充电器IC和电量计IC为工作中的电池提供了广泛的保护和监控。TI在保持相同水平保护功能的同时缩小半导体尺寸的过程中取得了成功。例如，bq24040和bq25100都与JEITA标准兼容。两者都具有Ts输入用于监控电池热敏电阻，以保证充电温度在合适范围内。bq24040尺寸为2mm×2mm，并且在2014 年中期推出bq25100之前是小的充电器。bq25100尺寸为1.6 mm×0.9 mm，与0603尺寸的电容相当(图1)。

　　2、主流可穿戴设备品牌采用TIbq24040/45或bq24232(带电源通路)充电器IC，是因为它们的尺寸较小(分别为2mm×2mm和3mm×3mm)、精度较高。并且在适配器连接时，甚至是电池电量耗尽时，bq24232允许系统立即上电。在*的可穿戴设计中，精度和电源通路特性青睐。另外，bq25100允许正常充电电流小为10 mA，并且能够将充电截止电流或预充电电流设置为1mA，这是针对可穿戴设备的业界精度。

　　3、为了在电源管理系统中降低功耗，TI针对可穿戴设备在极低的流耗下工作改造了这些器件。例如，bq25100在工作模式下的静态电流小于1μA，并且在bq25100处于关闭模式时，电池漏电流低至75 nA。同时，“Nano -Buck”TPS62736降压转换器的静态电流极低，仅为380nA，在15nA低负载的情况下，能够帮助实现超过90%的效率。与在低负载条件下的传统DC/DC转换相比，这能够延长30%～50%的电池运行时间。

　　4、能量采集技术刺激了可穿戴设备的新应用。TPS25504能够从单个太阳能电池(约0.3～0.6V)或TEG(热电发生器，0.3V)等低能量源中获取能量。它对启动电压的要求较低，仅为0.33V，并且能够在低至80 mV的电压下工作。其静态电流也很低，仅为330nA。

　　5、随着Moto360等应用取得极大成功，无线充电变成了可穿戴设备，尤其是智能手表的取代性选择方案。使用无线充电可使可穿戴设备无需使用连接器，做到更好地密封;无线充电有利于推广带有定制底座的易于充电的使用案例;无线充电Rx推荐是Qi兼容的，这样可穿戴设备能够在任何标准的Qi充电器上进行充电. Tx可以是Qi兼容的,但有些设计限于尺寸或特殊形状要求，TX线圈需要定制(非Qi规范)。 ST：小体积、单芯片电源管理方案是发展趋势

　　意法半导体(ST)认为可穿戴设备有以下三点趋势。，超低静态电流和小封装电源管理单芯片是个趋势。该电源管理芯片需集成线性充电、LDO和DC/DC等功能。LDO和DC/DC给其他模块供电，比如蓝牙、传感器、MCU、GPS等。比如，STNS01是一个集成路径管理、3 .1V/ 100mA超低静态电流LDO、线性充电和过放保护的电源管理芯片。整个芯片尺寸只有3mm×3mm ,同时待机功耗只有100 nA。路径管理可以保证即插即用，和减少电池充放电次数以延长电池寿命。3.1V/100mA超低静态电流LDO在没有负载时可以实现1nA的静态电流。线性充电的充电电流可以通过外围电阻设置充电电流从15mA～200mA，可以满足所有各种可穿戴设备对充电电流的要求。

　　第二，太阳能充电及无线充电将广泛用于智能手表。随着国家对节能要求和可穿戴设备用户户外运动比较多的特点，太阳能充电就是一个很好的解决方案。无线充电本身带有封闭性好的特点，尤其对一些户外运动或水下运动的可穿戴设备将是一个很好的充电解决方案。第三，AMOLED屏驱动芯片。AMOLED屏将广泛应用于智能手表。跟传统LCD屏比较，AMOLED屏具有更高的亮度、更薄、更好的分辨率和更省电等特点。STOD32W是一个能满足不同尺寸要求的驱动芯片。

　　在可穿戴设备电源方面，ST有很多解决方案，包括：PMIC(电源管理IC)、线性充电器、超低静态电流的LDO、太阳能和无线充电方案、显示屏驱动芯片。比如，STNS01是一款带有路径管理、3.1V/100mA LDO、线性充电和过放保护功能的电源管理芯片。STLQ015具有超低静态电流的LDO。在没有负载的状态下，其静态电流只有1uA，不工作状态下只有1nA。同时，ST还提供太阳能和无线充电方案。STOD32W是一款100mA电流和三路输出的AMOLED屏驱动芯片，可以给3”的AMOLED屏供电。SPV1050是一款集成两路LDO的太阳能充电芯片。

　　在可穿戴设备电源设计方面，不同芯片平台厂家将会推出自己不同功能的可穿戴设备解决方案，设计适合不同厂家平台的电源管理芯片将是一个挑战;还有就是超低功耗和小尺寸。另外，目前还没有适合不同尺寸要求的无线充电。现有的无线充电三大标准下，对于用于无线充电线圈大小定义都不适合现有可穿戴设备尺寸。我们将会推出更小尺寸(比如CSP封装)的电源管理芯片。同时对于现有的无线充电三大标准下，用于无线充电的线圈大小定义都不适合现有可穿戴设备尺寸的情况，ST将推出具有自定义无线充电线圈大小的解决方案。比如针对智能手表，我们将会推出基于Qi标准的2.5W无线充电方案。另外，ST计划推出的产品还有：更高效率的AMOLED驱动器芯片，CSP封装的集成线性充电器、LDO或DC/DC等功能的电源管理芯片等。”

　　ADI：迎合电源管理低功耗、小体积及低成本要求

　　可穿戴设备本身是很宽泛的概念覆盖各类产品形态，包括传统便携设备(如手表)，也包括在非设备类的穿戴产品中附件上各类传感器进而成为可穿戴设备的范畴，例如衣服鞋帽等。可穿戴设备所提供的功能目前多集中在在工具类(如GPS、环境等)和运动健康类(如计步、睡眠、心率、体脂分析，以及血氧等)。

　　可穿戴设备现状有如下几个特点：整个智能可穿戴设备市场还是在启动培养阶段，例如功能的丰富性，结果实用性及服务性特征等，都需要进一步的完善;很多功能及性能实现还需要进一步的技术突破，例如功耗、体积以及使用的方便性等;开发可穿戴设备的公司越来越多，几乎所有的品牌手机厂商都在进行着某种形式的投资及开发;越来越多的IDH(独立设计公司)参与到相关技术的研发，尤其是在软件数据处理方面。

　　从可穿戴设备发展趋势角度来看，以下几点可能会被业内关注：宏观来看必将是电子设备市场的新的增长点;持续不断的增加并完善健康保健类功能，甚至某些性能到达或通过医疗级的应用标准;高集成度、小体积、低功耗以及低成本的传感器硬件在将来的可穿戴设备开发中会成为越发关键的要素;后台数据的分析处理及反馈到终端用户将是维持用户持续使用的必经之路。

　　ADI作为在传感器及模拟混合信号的供应商，在可穿戴设备领域也会紧跟客户及市场发展趋势，并用专门的医疗保健团队提供系统级包括软件在内的方案。除此以外，在迎合可穿戴设备中电源管理特定的低功耗、小体积及低成本的要求，例如ADP150、ADP160等，在可穿戴市场都有很好的表现。

　　关于ADP16x系列而言，ADP160/ADP161/ADP162/ADP163均为超低静态电流、低压差线性稳压器，工作电压为2.2V～5.5V，输出电流可达150mA。在150mA负载下压差仅为195mV，不仅可提高效率，而且能使器件在很宽的输入电压范围内工作。

　　ADP16x 经过专门设计，利用1μF±30%小陶瓷输入和输出电容便可稳定工作，适合高性能、空间受限应用的要求。ADP160可提供1.2V～4.2V范围内的15种固定输出电压选项ADP160/ADP161还包括一个开关电阻，当LDO禁用时，该电阻自动使输出放电。ADP162不包括输出放电功能，其余与ADP160*相同。ADP161和ADP163可用作可调输出电压稳压器，仅提供5引脚TSOT封装。ADP163不包括输出放电功能，其余与ADP161*相同。短路和热过载保护电路可以防止器件在不利条件下受损。 村田：手机用微型DC/DC转换器沿用到可穿戴设备中

　　日前，村田制作所(Murata)在展会推出了可穿戴设备的整体解决方案。展出的可穿戴设备集成了薄膜型温度传感器(用于检测体表的温度)、光传感器(用于检测心率)以及MEMS气压传感器(检测气压，进而检测高度)三种传感器。同时，它还集成了蓝牙智能模块、微型DC-DC转换器，以及片状多层陶瓷电容。对于该产品的续航能力，村田工程师介绍说：“产品的续航时间取决于具体应用设计。这款展示方案采用CR2032锂锰扣式电池，若所有功能全开，可以工作3～4天时间。

　　其中，该设备采用的微型DC-DC转换器模块系列集成了功率IC、功率电感，以及输入和输出电容(图4)。该系列模块尺寸为2.5mm×2.0mm×1.1/1.2mm，其特点是体积非常小，抗EMI干扰能力强。该系列输出电压为1.0V～3.3V，输入电压为2.3V～5.5V，负载电流为600mA。它总共有3大类：降压、升降压和升压。

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属性

PS 307; 2 A 电源模块的属性：

• 输出电流为 2 A
• 输出电压为 24 V DC；防短路和防开路
• 与单相交流电源连接

  （额定输入电压为 120/230 V AC，50/60 Hz）

• 安全电气隔离，符合 EN 60 950 (SELV)
• 可用作负载电源

PS 307; 2 A接线图

PS 307; 2 A 的电路示意图

 
图片: 电源模块 PS 307; 2 A 的电路示意图

线路保护

PS 307电源模块(2 A)的主电源应使用具有下列额定值的微型断路器(例如Siemens 5SN1系列)进行保护：

• 230 V AC 时的额定电流：3 A
• 跳闸特性（类型）：C。

对非典型工作条件的响应

列表: PS 307; 2A电源模块对非典型工作条件的响应

PS 307；2 A (6ES7307-1BA01-0AA0) 的技术规格

 西门子电源6ES7307-1EA01-0AA0

就像其他很多应用一样，低功率、高精度组件已经使移动设备出现了迅速增长。然而，与其他很多应用不同的是，面向工业、医疗及军事应用的便携式产品一般对可靠性、运行时间和坚固性的要求高得多。这类高要求产生的负担大部分落在了电源系统及其组件上。这类产品的一个共同特点是，必须在使用各种电源时正确工作且在各种电源之间无缝切换。因此，必须竭尽全力提供保护以及承受故障，在电池供电时限度延长运行时间，并确保只要存在有效电源，就能够可靠运行。

　　显然，满足这些需求所需电源管理集成电路 (PMIC) 必须允许应用由多种电源供电，其中可能包括交流适配器、USB 端口、汽车点烟器适配器或甚至锂离子电池。如果 PMIC 集成了电源通路 (PowerPathTM) 控制功能，那么这一要求可能很容易满足。这种方法确保系统电源保持不间断，并容许外部电源和电池电源之间以热插拔方式转换。在有些情况下，PMIC 中可能还包括电池充电器。如果这样，那么这种电池充电电路需要确保利用应用不需要的多余电量给电池充电。此外，内置保护电路有时是必要的，以抵御超过 30V 的外部过压故障。后，无负载静态电流必须很低，以在很宽的负载及工作条件范围内提供电源效率。这类功能对于任何产品的成功和实用性都是至关重要的。

　　行业趋势

　　尽管产品尺寸越来越小，但是对功能的需求却不断增加。此外，现在的业界趋势是，为移动产品供电的微处理器 (μP)、微控制器 (μC) 或现场可编程门阵列 (FPGA) 等数字 IC 不断降低其工作电压，但与此同时却不断提高其安培数。在设计产品时，微处理器是流行的器件，飞思卡尔、英特尔、NVIDIA、三星以及其他供应商所提供采用各种节电方式的产品也越来越多。这些产品用来跨多个细分市场，使多种便携式、无线及移动设备应用实现低功耗和很高的处理性能。

　　使用这些处理器初的目的是，帮助 OEM 开发更小、更具成本效益、电池寿命更长的便携式手持设备，同时提供增强的计算性能，以运行功能丰富的多媒体应用。然而，非便携式应用现在也开始需要同样高的电源效率和处理性能了。例如，汽车信息娱乐系统和其他嵌入式应用都需要类似水平的电源效率和处理能力。在所有情况下，要正确控制和监视微处理器电源，以使这些处理器的性能优势全部发挥出来，就必须使用高度化、高性能的电源管理 IC。

　　如今的工业和医疗移动设备很多在电源加电以及给各种不同的电路加电时，都需要受控和经过精心设计的排序功能。实现系统灵活性及简单的排序方法不仅使系统设计更容易，也提高了系统可靠性，并使单个 PMIC 在系统中能够应对更广泛的组件，而不是仅满足一个具体的处理器的需求。

　　许多 PMIC 尚未拥有处理这些新式系统和微处理器所需的功率。任何旨在满足已简述之工业或医疗电源管理 IC 设计限制条件的解决方案都必须实现高集成度的整合，包括大电流开关稳压器和 LDO、宽工作温度范围、电源排序和重要参数的动态 I2C 控制以及难以制作的功能部件。此外，具高开关频率的器件允许使用更小的外部组件，同时陶瓷电容器可降低输出纹波。这种低纹波与准确、响应速度很快的稳压器相结合，可满足 45nm 型处理器苛刻的电压容限要求。这样的电源 IC 还必须能够满足严格的环境限制，诸如提供辐射抑制，即使输入电压直接由电池本身提供。

　　设计挑战

　　当今的智能手机和平板电脑设计师面临着的挑战。其中包括需要高性能电源管理系统，以顾及日益提高的系统复杂性和更高的功率预算。这些系统努力在较长电池运行时间、与多种电源的兼容性、高功率密度、小尺寸、有效的热量管理等相互排斥的目标之间实现平衡。

　　所有智能手机和平板电脑的一个共同目标是，在目前的水平上，进一步降低它们所消耗的功率。任何系统的功耗都能够以两种方式应对：首先，跨整个负载电流范围

　　限度提高转换效率;其次，降低 DC/DC 转换器在所有工作模式时的静态电流。因此，为了在降低系统功耗过程中发挥积极作用，电源转换和管理 IC 必须更高效，且在所有工作条件下，具备更低的功耗水平。

　　为了满足这些特定要求，凌力尔特在很多电源管理及转换 IC 中纳入了突发模式 (Burst Mode®) 技术。这种技术限度降低了 IC 本身在备用模式时所需的电流。在很多情况下，这种备用静态电流低于 20mA。

　　直到不久前，锂离子电池供电产品的设计师一直用两种基本方法应对由于电池尺寸小因而容量有限的挑战。一种方法是设计使用单独组件的系统，每个组件为单一功能而优化。这种方法提供的设计、布局和热量管理灵活性，同时使每种功能实现了恰当的性能水平。但是这种方法有一个主要缺点，即成本相对较高，需要占用大量电路板空间，以满足日益增加的功能需求。

　　另一种替代方案是设计师可以从多种高集成度 PMIC 中进行选择。这些器件所支持的功能通常超出大多数应用的实际需要，包括开关 DC/DC 控制器、单片式开关电源和众多集成型 LDO 与无关的混合信号功能部件 (例如：触屏控制器、音频编等等) 的笨拙组合。结果，这些 PMIC 可能十分笨拙，难以使用，而且大多数需要仅为器件接通而大量投资开发固件。这类产品往往更重视集成而不是性能，常常由于将热量集中到产品内的单个“热点” 上而使热量管理更加复杂。讽刺的是这类高集成度解决方案也需要占用相对较多的电路板空间，因为它们的封装较大、引脚数较多。后，这类解决方案迫使设计师大胆安排电路板布局，以顾及所有有关外部组件 (MOSFET、电感器、二极管和各种无源组件)，以及顾及从 PMIC 跨整个系统到各种负载所需的有关布线。

　　不过，现在有一种新的方法可用，这种方法介于使用多个电源 IC 或使用高度复杂的 PMIC 这两种方法之间，是一种适度集成但功能强大的 PMIC。这个 IC 就是凌力尔特不久前推出的 LTC3676 / LTC3676-1。

　　LTC3676 / LTC3676-1 是完整的电源管理解决方案，适用于飞思卡尔 i.MX6 处理器、基于 ARM 的处理器以及其他*的便携式微处理器系统。LTC3676 / LTC3676-1 含有 4 个同步降压型 DC/DC 转换器，每个都可为内核、存储器、I/O 和系统级芯片 (SoC) 轨提供高达 2.5A 的电流，该器件还含有 3 个面向低噪声模拟电源的 300mA 线性稳压器。为提供 / 吸收电流和跟踪运行情况，LTC3676-1 配置一个 1.5A 降压型稳压器，以支持 DDR 存储器终止，该器件还为 DDR 增加了一个 VTTR 基准输出。这两个引脚从功能上取代了 LTC3676 LDO4 的使能引脚和反馈引脚。LDO 4 仍然可通过 I2C 编程。高度可配置的电源排序功能、动态输出电压调节、按钮接口控制器以及通过 I2C 接口实现的稳压器控制功能支持多个稳压器，另外通过中断信号输出，还提供广泛的状态和故障报告。LTC3676 支持 i.MX6、PXA 和 OMAP 处理器，具有 8 个处于合适功率级的独立电源轨以及动态控制和排序功能。其他特点包括接口信号，例如：待机电压 (VSTB) 引脚，其同时在多达 4 个电源轨上切换编程运行与待机输出电压。该器件采用扁平 40 引脚 6mm x 6mm x 0.75mm 裸露焊盘 QFN 封装。