Giyim edilebilir teknoloji, basit fitness pistlerinin ve akıllı gözlemlerin hızla genişleyen bir sağlık monitörleri ekosistemine, artırılmış gerçeklik bardakları, akıllı kıyafetler ve implant edilebilir tıbbi cihazlara taşındı.Bir duvar çıkışından güç alan her cihazın kalbinde - şarj veya doğrudan operasyon için - şu anki (AC) dönüştürücüyü doğrudan yönlendirmek için.In giyilebilir ürünler, daha hafif ve daha fazla özellikte, şarj edici ve onları kullanan güç dönüştürücüleri azaltmak için, veya sürücüsüzlüğü azaltmak için.
Mevcut Zorluklar AC-DC'nin Giyilebilirlik için Boşaltma
Bir giyilebilir cihaz için kompakt bir AC-DC dönüştürücüyü tasarlayın, eşsiz bir mühendislik engellerini sunar. Endüstriyel veya otomotiv güç malzemeleri aksine, aşınmazlar hacim, ağırlık ve termal dağıtım üzerinde ciddi kısıtlamalar getirir. Birkaç önemli zorluk öne çıkıyor:
Konsüle edilen Uzaylarda Termal Yönetim
Geleneksel AC-DC dönüştürücüler, ısı dağılımı için mevcut olan ısıtıcıları ve hayranların yalnızca güç transistörleri ve manyetik bileşenlerinin geçiş kayıplarıyla oluşturulan ısıyı bozmalarına güveniyor. Etkili bir termal yol olmadan dönüştürücüyü azaltmak, ısı dağılımının son derece sınırlı olduğu ve cihazın genellikle kullanıcının derisiyle yakın temasa geçtiğinde. Yüksek sıcaklıklar sadece rahatsızlık veya hatta güvenlik tehlikelerini de yaratır.
Azallığı Azalttın
Verimlilik ve boyut birçok güç dönüştürücü tasarımında ters bir şekilde ilgilidir. Küçük bileşenler genellikle daha yüksek direnç ve daha düşük ısı kütleye sahip, artan bir iletkenlik kayıplarına sahip olur.% 90'dan fazla miktardaki bir pakette dönüşüm efficiliği, sadece birkaç metreye sahip olan bir pakette önemli bir mühendisliktir.
Elektromanyetik Uyumluluk (EMC) Dense Layouts
Giysilenebilir cihazlar birden çok radyolar (Mavitooth, Wi-Fi, NFC) ve hassas analog sensörleri küçük bir muhafazaya sokabilir. AC-DC dönüştürücü içindeki yüksek frekanslı geçiş elektromanyetik müdahale (EMI) bu dagradlar kablosuz performans veya yozlaşmış fizyolojik ölçümler oluşturabilir. Shielding ve filtreleme çözümleri ölçek ve maliyetle eklemek gerekir, böylece tasarımcılar EMI'yi dökmeden kaynakta baskı yapmak zorunda kalacaklar.
Mekanik ve Güvenilirlik Konsoloslukları
Giysiler sık hareket, etki ve çevresel strese tabidir. ● Karbonlu eklemler, konektörler ve manyetik temeller titreşim ve sıcaklık bisikletine karşı olmalıdır. Aynı zamanda, dönüştürücü katı güvenlik standartlarını karşılamalıdır (örneğin, IEC 62368 for audio/video and IT ekipmanları) ve tıbbi sınıf izolasyon gereksinimleri için kullanılabilir.
Gelişen Trendler Sürüş Dönüşüm Miniaturizasyon
Bu zorlukların üstesinden gelmek için, araştırmacılar ve bileşen üreticileri birkaç paralel yol takip ediyor. En etkili trendler, AC-DC dönüştürücülerinin nasıl tasarlandığı temel olarak değiştiren yeni malzemeler, entegrasyon stratejileri ve form faktörleri içeriyor.
Gelişmiş Wide-Bandgap yarı iletkenleri: GaN ve SiC
Son on yılda yüksek çözünürlükte frekansları doğrudan azaltarak yüksek çözünürlükte (C) daha yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (C) daha yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.
Örnek: GaN-Based Adaptörler Smartwatches
Birkaç şarj cihazı artık GaN'ye uygun AC-DC adaptörleri, aynı güce sahipken silikon öncekilerinden 30-50 daha küçük olan. USB-C PD (Power Delivery) kontrolörü ile eşleştirilmişken, bu adaptörler aşırı ısıtılabilir.
Yüksek derecede bütünleşik Sistem-on-Chip (SoC) ve Power Modüller
Bir başka dönüştürücü eğilim tüm AC-DC dönüşüm zincirinin entegrasyonudur - yenidenlayıcı, güç faktörü düzeltmesi (PFC), DC-DC düzenlemesi, kontrol mantığı ve izolasyonu - tek bir çip veya modüle. Sistem-on-çizgi gücü dönüştürücüleri ortadan kaldırır, ve tasarım sürecini basitleştirir. Örneğin, Windows Entegrasyonları'Inno Transition ailesi, kontrol edilebilir 10 puana sahip olmak için gerekli olan 10 adet otomatik olarak şarj edilebilir.
Aynı zamanda, entegre pasif bileşenler ( PCB substratlarında yer alan indüktörler gibi) tasarımcılara [Döneticileri içinde tahta tabakalarında gömmek için) izin verilir. yüksek kapasiteli yoğunlukta bulunan silikon kapasitörler ile birlikte, AC-DC dönüştürücüler şimdi ufkuna kadar inşa edilebilir.
Esnek ve İnce Film Power Bileşenler
Giyim edilebilirler giderek daha uygun - esnek yüzeylere veya doğrudan kumaşlara entegre edilebilirler.İnsan vücudunun eğrilerini örtmelidir. Geleneksel katı PCB toplantıları, AC işaretlerini miliwatt güç seviyelerinde DC'ye dönüştüren ince film ve esnek bileşen teknolojileri, AC-DC dönüştürücüleri sağlarken, bu sistemler esnek çarşaflar ve akıllı kontraseler ile doğrudan entegre edilebilir. Araştırmacılar, esnek dikdörtgen batarya paketleri veya katı dönüştürücüler kullanarak esnek rejitler göstermiştir.
İnce film yapımcıları ve transformatörler – sadece birkaç mikrometre kalın – başka bir aktif araştırma alanıdır. Bu bileşenler, vücut ısısı veya hava radyo dalgalarından elde edilen esnek bir poliimide veya PET film üzerinde doğrudan üretilebilir, ancak 10 μm kalınlığında sadece 10 μm kalınlığında bulunan zayıf parçalar kullanarak.
Planar Manyetiks ve Air-Core Transformers
Manyetikler geleneksel olarak AC-DC dönüştürücü bir bileşene en büyük ve en ağır bileşenlerdir. Planar manyetikler - rüzgarlar bir PCB'de veya bir planlı çekirdek üzerinde baskılanmış veya daha iyi ısı yönetimine izin verir. - düz bir çekirdek kullanarak (tipli E- veya I- şekilli ferrite), transformatörler yüzeysel olarak kilitlenebilir ve kilitlenebilir.
Dijital Kontrol ve Adaptif Anahtarlama
Geleneksel analog kontrolörler dijital sinyal işlemcileri (DSPs) veya çok düşük akımda şarj edilebilir mikrokontroller tarafından değiştirilir ve gerçek zamanlı olarak otomatik olarak kontrol edilen dijital kontroller, yüksek çözünürlükteki sabit yükleme hızlarını azaltır ve şarj edilebilir yanıtları kontrol eder.Ayrıca, dijital kontroller için birçok e-postayı şarj eder.In dynamically adjust to the load, a digitally control AC-DC can maintain high level of printkapors needed to handle transient response. Dahası, dijital kontrolörleri şarj eder.
Uygulama Vaka Çalışmaları: Eylemde Miniaturized Converter
Aşağıdaki örnekler, bu eğilimlerin gerçek giyilebilir ve yıpranmış cihazlara nasıl uygulandığını göstermektedir.
Smartwatch Hızlı Şarjler
Lider akıllıwatch üreticileri GaN tabanlı şarj cihazını 30 dakika içinde bir saat boyunca tamamen şarj edebilir.Bu şarj cihazı özel USB-C bağlantısını ve küçük, duvar kapaklı form faktörüdür. içeride, 1 MHz'de çalışan bir GaN yarı-bridge dönüştürücü, giriş hacminin sadece 2 mm'lik bir sabiti azaltır. Bu tasarıma yönelik olarak düzenlenmiştir.Bu nedenle, 30 gramdan daha az ağırlığındaki şarj cihazını destekler.
Sürekli Glucose İzleme için Tıbbi Giyilebilir Patches
Sürekli glukoz monitörleri (CGMs) ve diğer vücut tarafından verilen tıbbi sensörler sık sık şarj veya batarya yedek gerektirir.Bir sonraki nesil CGM sistemleri, küçük AC-film akülerini küçük bir AC-çıklama ile birlikte kullanarak tekrar şarj etmek için küçük bir cradle için baskıya sahiptir. dönüştürücüler, sadece 60601-1 standartlarını ölçmek zorundadır.Bu modüller sadece 4 mm × 5 mm'ye kadar şarj edilebilir ve hastaya entegre edilebilir bir şekilde şarj edilebilir.
Artırılmış Gerçeklik (AR) Gözlük
AR bardakları karmaşık bir güç mimarisi talep ediyor: AC duvar gücünü birden düşük gerilimli raylara dönüştürmek için, ekran, işlemci, sensörler ve kablosuz modüller, tüm bunlar, tüm gözlerin altında bulunan ve hafif bir PCB'ye sahip olan bir alüminyum-DC dönüştürücüler, yüksek frekanslı planlayıcıların kullanımı için ayrı bir şekilde kullanıyor ve aşırı derecede gömülü hale getirildi.
Future Outlook: Giysilenebilirlerde Artırılmış AC-DC Dönüşüm için Sonraki şey nedir?
Yön açık: AC-DC dönüştürücüler, daha yüksek performans sunmak için kullanıcıya görünmez hale gelmeye devam edecek. Birkaç gelişmekte olan teknoloji önümüzdeki 3-5 yıl boyunca bu eğilimi hızlandırmaya büyük olasılıkla muhtemeldir.
3D Heterojen Bütünleşme
Gerçek sistem-kırıklık (SiP) çözümleri, birden çok ölü - GaN FETs, silikon kontrolörü, düşük güç için uyarlanabilir olan aşırı paketleme modülleri gösterdi.Bu yaklaşım, yüksek frekans ve daha küçük manyetikler, Intel ve TSMC gibi tüm dönüştürücüler, düşük seviyeli paketlemeler için adapte edilebilir olan yüksek çözünürlükte bir şekilde bir araya gelebilir.
Enerji Bütünleşme
Geleceğin giyilebilir cihazlar, bir enerji tasarrufu sağlayan Hibrit dönüştürücülere ihtiyaç duymaz, çünkü bir termoelektrik jeneratörü yerine, bir ultra-kompak modüldeki enerji tasarrufuna sahip olur.Ancak, birçok ortam hala kablolama tekniklerinin güvenilirliğini gerektirir. Hybrid dönüştürücüler, bir enerji tasarrufu sağlayan (örneğin, esnek girişler ve dijital kontrol - birden fazla girişler arasında geçiş yapmak için gerekli olan bu yakınlaştırma yöntemine ihtiyaç duyacaktır.
Kablosuz Güç Transferi Alternatif Olarak Alternatif Bir Şekilde
Bununla birlikte, doğrudan AC-DC dönüştürücü bir eğilim olmasa da, özellikle de kamu şarj istasyonlarında aynı GaN ve entegrasyon eğilimlerinin artması, verimli bir AC-DC dönüştürme yükünü, şarj pedine giden yüksek frekanslı dönüştürücüler tarafından takip edilen yüksek frekanslı bir kablolama işlemine ihtiyaç duyan bir otomatik güç verici IC'ler, özellikle de AC-DC şarj istasyonlarının kendi gücü tedariki için aynı şekilde entegre edilmesi gerekir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Bir sonraki sleek, yüksek performanslı ve kullanıcı dostu cihazlar için, GaN gibi yarı iletkenler, bu eğilimlerin oldukça entegre edilmiş olduğunu gösteriyor ve gelişmiş dijital kontrolü, mühendisler boyut ve verimlilik arasındaki uzun süre süren ticarete asla ulaşabilirler.
Key Takeaways- Geniş bantgap yarı iletkenleri (GaN, SiC) daha yüksek geçiş frekanslarını sağlar, manyetik boyutunu azaltır.
- Sistem-on-çip entegrasyonu ayrı bileşenler ortadan kaldırır ve giyilebilirler için PCB düzeni basitleştirir.
- Esnek ve ince film bileşenleri akıllı kıyafetler ve biyomedikal yamalar için uygun güç dönüştürücülerine izin verir.
- Dijital kontrol ve plan manyetikler, termal ve EMI performansını geliştirirken daha da küçülür.
- Akıllı gözlemlerde, tıbbi cihazlar ve AR bardakları gerçek dünya miniaturizasyon başarısını göstermektedir.