原标题：可穿戴设备的无线锂离子充电器解决方案包括集成式降压DC-DC转换器

在可穿戴设备（如TWS耳机、智能手表、健康监测手环）中，无线充电与电池管理是核心挑战之一。集成式降压DC-DC转换器通过高效降压、低静态电流（Low Iq）和紧凑设计，成为解决这一问题的关键技术。以下是详细解决方案：

一、为什么需要集成式降压DC-DC转换器？

1. 无线充电接收端（RX）的电压适配

• 无线充电接收端输出电压通常为5V或更高，而可穿戴设备电池电压多为3.7V-4.2V。

• 问题：直接使用接收端电压会损坏电池，需通过降压转换器将电压降至电池充电电压。

2. 低静态电流（Low Iq）需求

• 可穿戴设备需长期待机，转换器的静态电流直接影响电池寿命。

• 示例：若转换器静态电流为10μA，电池容量为50mAh，则每年自放电率达5%。

3. 空间与成本优化

• 可穿戴设备内部空间有限，集成式转换器可减少外围元件数量，降低BOM成本。

二、集成式降压DC-DC转换器的关键特性

1. 高效率降压

• 目标：在轻载（如待机）和重载（如充电）时均保持高效率。

• 技术：采用同步整流、低导通电阻MOSFET和自适应频率调节。

2. 低静态电流（Low Iq）

• 目标：待机时静态电流<1μA，充电时效率>90%。

• 技术：使用低功耗模式（如TI的Power Save Mode）和动态电压调节。

3. 集成保护功能

• 过压保护（OVP）：防止无线充电接收端输出过高电压。

• 过流保护（OCP）：限制充电电流，避免电池过热。

• 短路保护（SCP）：防止输出短路导致的损坏。

4. 小封装与低成本

• 封装：WSON-6、QFN-8等小型封装，适合紧凑设计。

• 成本：通过集成MOSFET和保护电路，减少外围元件数量。

三、推荐器件与解决方案

1. TI BQ25790/BQ25792

• 特性：

• 集成同步降压转换器，支持5V输入、3.7V-4.2V输出。

• 静态电流<1μA（待机），充电效率>92%。

• 支持WPC Qi 1.3无线充电标准。

• 应用场景：TWS耳机充电盒、智能手表。

2. Richtek RT9701

• 特性：

• 高效率降压转换器，支持4.5V-20V输入。

• 静态电流<2μA，输出电流可达2A。

• 内置MOSFET和保护电路。

• 应用场景：健康监测手环、智能眼镜。

3. ST STLPS01

• 特性：

• 超低静态电流（Iq=0.5μA），支持5V输入、3.3V-4.2V输出。

• 小型封装（WLCSP-10），适合空间受限的设计。

• 应用场景：可穿戴医疗设备。

四、设计要点与优化建议

1. 动态电压调节（DVS）

• 根据电池电压动态调整输出电压，提高充电效率。

• 示例：当电池电压为3.7V时，输出电压设置为4.0V；当电池接近充满时，降低至4.1V。

2. 热管理

• 集成式转换器需通过PCB散热设计或散热片优化热性能。

• 示例：在转换器下方增加铜箔层，提高散热效率。

3. EMI优化

• 采用展频技术（Spread Spectrum）降低EMI干扰。

• 示例：TI BQ25790内置展频功能，可减少对无线通信的干扰。

4. 软件控制

• 通过主控芯片（如MCU）监控充电状态，实现智能充电管理。

• 示例：当电池温度过高时，降低充电电流或暂停充电。

五、实际案例分析

案例1：TWS耳机充电盒

• 问题：原设计使用分立式降压转换器，效率低（85%），待机功耗高（10μA）。

• 解决方案：替换为TI BQ25790，充电效率提升至92%，待机功耗降至1μA以下。

• 结果：充电盒待机时间从3天延长至10天。

案例2：智能手表

• 问题：原设计使用线性稳压器（LDO），发热严重，充电效率低。

• 解决方案：替换为Richtek RT9701，充电效率提升至90%，发热量降低50%。

• 结果：手表续航时间从1天延长至2天。

六、总结

• 集成式降压DC-DC转换器是可穿戴设备无线充电的核心解决方案。

• 关键特性：高效率、低静态电流、集成保护功能、小封装。

• 推荐器件：TI BQ25790、Richtek RT9701、ST STLPS01。

• 设计建议：动态电压调节、热管理、EMI优化、软件控制。

通过合理选择和优化集成式降压DC-DC转换器，可显著提升可穿戴设备的充电效率和电池寿命，同时降低设计复杂度和成本。