原標題：可穿戴設備的無線鋰離子充電器解決方案包括集成式降壓DC-DC轉換器

在可穿戴設備（如TWS耳機、智能手表、健康監測手環）中，無線充電與電池管理是核心挑戰之一。集成式降壓DC-DC轉換器通過高效降壓、低靜態電流（Low Iq）和緊湊設計，成為解決這一問題的關鍵技術。以下是詳細解決方案：

一、為什么需要集成式降壓DC-DC轉換器？

1. 無線充電接收端（RX）的電壓適配

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

• 問題：直接使用接收端電壓會損壞電池，需通過降壓轉換器將電壓降至電池充電電壓。

2. 低靜態電流（Low Iq）需求

• 可穿戴設備需長期待機，轉換器的靜態電流直接影響電池壽命。

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

3. 空間與成本優化

• 可穿戴設備內部空間有限，集成式轉換器可減少外圍元件數量，降低BOM成本。

二、集成式降壓DC-DC轉換器的關鍵特性

1. 高效率降壓

• 目標：在輕載（如待機）和重載（如充電）時均保持高效率。

• 技術：采用同步整流、低導通電阻MOSFET和自適應頻率調節。

2. 低靜態電流（Low Iq）

• 目標：待機時靜態電流<1μA，充電時效率>90%。

• 技術：使用低功耗模式（如TI的Power Save Mode）和動態電壓調節。

3. 集成保護功能

• 過壓保護（OVP）：防止無線充電接收端輸出過高電壓。

• 過流保護（OCP）：限制充電電流，避免電池過熱。

• 短路保護（SCP）：防止輸出短路導致的損壞。

4. 小封裝與低成本

• 封裝：WSON-6、QFN-8等小型封裝，適合緊湊設計。

• 成本：通過集成MOSFET和保護電路，減少外圍元件數量。

三、推薦器件與解決方案

1. TI BQ25790/BQ25792

• 特性：

• 集成同步降壓轉換器，支持5V輸入、3.7V-4.2V輸出。

• 靜態電流<1μA（待機），充電效率>92%。

• 支持WPC Qi 1.3無線充電標準。

• 應用場景：TWS耳機充電盒、智能手表。

2. Richtek RT9701

• 特性：

• 高效率降壓轉換器，支持4.5V-20V輸入。

• 靜態電流<2μA，輸出電流可達2A。

• 內置MOSFET和保護電路。

• 應用場景：健康監測手環、智能眼鏡。

3. ST STLPS01

• 特性：

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

• 小型封裝（WLCSP-10），適合空間受限的設計。

• 應用場景：可穿戴醫療設備。

四、設計要點與優化建議

1. 動態電壓調節（DVS）

• 根據電池電壓動態調整輸出電壓，提高充電效率。

• 示例：當電池電壓為3.7V時，輸出電壓設置為4.0V；當電池接近充滿時，降低至4.1V。

2. 熱管理

• 集成式轉換器需通過PCB散熱設計或散熱片優化熱性能。

• 示例：在轉換器下方增加銅箔層，提高散熱效率。

3. EMI優化

• 采用展頻技術（Spread Spectrum）降低EMI干擾。

• 示例：TI BQ25790內置展頻功能，可減少對無線通信的干擾。

4. 軟件控制

• 通過主控芯片（如MCU）監控充電狀態，實現智能充電管理。

• 示例：當電池溫度過高時，降低充電電流或暫停充電。

五、實際案例分析

案例1：TWS耳機充電盒

• 問題：原設計使用分立式降壓轉換器，效率低（85%），待機功耗高（10μA）。

• 解決方案：替換為TI BQ25790，充電效率提升至92%，待機功耗降至1μA以下。

• 結果：充電盒待機時間從3天延長至10天。

案例2：智能手表

• 問題：原設計使用線性穩壓器（LDO），發熱嚴重，充電效率低。

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

• 結果：手表續航時間從1天延長至2天。

六、總結

• 集成式降壓DC-DC轉換器是可穿戴設備無線充電的核心解決方案。

• 關鍵特性：高效率、低靜態電流、集成保護功能、小封裝。

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

• 設計建議：動態電壓調節、熱管理、EMI優化、軟件控制。

通過合理選擇和優化集成式降壓DC-DC轉換器，可顯著提升可穿戴設備的充電效率和電池壽命，同時降低設計復雜度和成本。