在大健康理念盛行的当下，健康类穿戴产品开始受到主流消费人群的关注，市场需求也越来越庞大。产品也不再只是智能手表，还包括腕带、眼镜、耳机和智能戒指等。电源管理芯片作为电子设备的电能供应中枢和纽带，随着市场需求的增加出货量也快速增长，然而智能穿戴设备的相关问题还没得到解决。比如隐私问题和电池安全以及电源管理芯片等。2022医疗器械展也意识到随着技术的更迭，消费者越来越注重产品使用体验，更延伸到电源管理芯片上，本文就智能穿戴设备在电源管理芯片的升级迭代上还面临哪些技术瓶颈，对于智能手表电池烧伤的问题，又该如何避免与解决等问题进行探讨。
智能穿戴设备升级带来的挑战，需要厂商把电池保护做精做透
Fitbit此次召回的主要是在美国市场上的智能手表，根据美国消费者产品安全委员会公开提到的，Fitbit收到的烧伤报告中涉及了三级烧伤和二级烧伤，其中有115份是来自美国市场，59份是来自海外市场。 对于智能手表出现电池过热的问题，可能涉及多个方面的因素，在锂电池方面，过度充电、充放电电流过大或温度过高是原因之一；2022医疗器械展提醒关于电源管理芯片方面，芯片不合规等等也可能是原因。不仅仅是智能手表，如果TWS耳机出现电池过热，其带来的影响会更加严重。在2019年，就有网友爆料苹果AirPods Pro出现过热后裂开。 Fitbit产品涉及召回的4个型号 思远半导体市场总监黄林提到，针对电池过热的问题，电源管理芯片可以从过压保护、过流保护、温度保护等等的环节进行考虑，加之对检测精度、响应时间等方面进行优化。经过多年的研究，思远半导体的电源管理芯片不仅仅在电池保护性能上取得突破，还在转换效率、功耗、尺寸、集成度等各个方面都不断迭代。 例如智能充电管理芯片 SY6103，这款芯片采用CSP-9 1.725mmx1.725mm封装，集成了线性充电管理、NTC检测和保护、休眠模式、看门狗等功能，浮充电压步进达到12.5mV，充电电流步进达到8mA，在保证低功耗的同时更安全的对电池进行充放电管理。黄林介绍，SY6103芯片已用OPPO等品牌客户TWS耳机中，并且还用于智能手表等穿戴设备上。
SY6103典型应用原理图（图源：思远半导体）
对于电池保护，创芯微市场一部经理&创芯微联合创始人刘文鉴认为需要对电池进行精确的电压、电流及温度监控。2022医疗器械展提醒，面对市场需求升级，电源管理芯片将延长运输和存储时间，同时保障运输过程的安全。基于此，创芯微推出带船运模式的CM1126B系列锂电保护IC，采用DFN1*1小封装，船运模式下功耗低至2nA，在实现TWS耳机超长时间待机的同时，避免电池深度放电导致的安全问题。 据了解，创芯微的智能穿戴设备电池保护芯片和方案已覆盖单节分立、双芯片二合一、单芯片二合一等所有领域。刘文鉴介绍，公司全系电池保护芯片具备高过充精度及高充电过流精度，并且完善的放电过流保护、短路保护及温度保护功能，可避免电池在使用过程中出现任何安全隐
电源管理芯片的迭代与升级：充电控制、电源架构
数据显示，2020年，我国电源管理芯片市场规模约占全球四成份额，预计2021年到2025年的年复合增长率增长将达到 14.7%。毫无疑问，面对市场需求升级，智能穿戴设备对电源管理芯片的性能需求将助推电源管理芯片工艺技术的迭代。 在迭代过程中，电源管理芯片将出现集成化、高效低耗化等特点，提升的方面主要是在于快充、低功耗、更高的转换效率的能耗等。刘文鉴向记者提到了三大点：一是快速充电功能，需要电源管理芯片提供更加快速且更加安全的充电控制。二是需要更长续航时间，需要提升锂电池能量密度，最有效的办法就是提升电池电压平台，将电池充到更高的电压，此时要求锂电保护芯片有更高的电压检测精度。三是延长运输和存储时间，同时保障运输过程的安全。 “由于智能穿戴设备里小功能的模块和芯片会比较多，对于DC/DC、LDO，以及负载开关相关的数量也会更多。”思远半导体市场总监黄林认为，随着整个产品形态更趋于稳定和成熟，未来会有集成度更高的产品出现，能够帮助终端的设计厂商优化产品的性能、设计布局，以及整个产品的ID设计。 电源管理芯片已经是提升智能穿戴设备性能和厂商差异化竞争的关键。目前，国产电源管理芯片厂商的产品和技术的布局都有不同的侧重点。 基于智能穿戴设备需要更高的电压检测精度这一特点，创芯微推出的新一代单节电池保护芯片实现了业界最高的±10mV电压检测精度。例如对于需要延长运输和存储时间，创芯微推出带CM1126B系列锂电保护IC，船运模式的功耗为2nA，实现TWS耳机超长待机时间，并且外围电路简单，整体BOM成本低。 与数字芯片不同的是，电源管理芯片的迭代升级并不会针对制程节点，最重要的还是拓扑结构、电源架构上的控制环路等，这些因素都决定产品的整体性能。目前，业内已有多家厂商在往这方面推进。值得关注的是，思远半导体将在今年第二季度推出新一代产品，黄林介绍，该产品将采用新的电源架构，从多方面带来技术的迭代。
小结
经过多年的发展，国内芯片水平不断提升，模拟芯片也迎来了快速的迭代。国产电源管理芯片正在往新能源汽车等更多新兴应用领域发力，未来的发展值得期待。在技术升级迭代的过程中，业内多家厂商在2022医疗器械展上也将推出池保护的创新方案，借一步解决了相关安全问题。相信未来随着无线充电、快充等需求的增长，电源管理芯片将迎来新的升级。
来源：电子发烧友网