Hvordan designe en ladepogopinne for TWS-ørepropper?
TWS Wireless Bluetooth headset er et av de smarte bærbare produktene som er favorisert av menn, kvinner og barn de siste årene. Den er liten og utsøkt, lett å lade, og har forskjellige former. Den kan lades ved å plassere den i laderommet. En av kjernekomponentene i TWS Bluetooth headset laderom er pogopin pogo pin. TWS-øretelefoner kan lades gjennom kontakt mellom den kvinnelige enden av pogopinnen og den mannlige enden i laderommet. 80% av merkene på markedet velger å bruke pogopinnen.
TWS-hodesettladeboksen er et ideelt trådløst ladescenario med lavt strømforbruk. Det trådløse TWS Bluetooth-hodesettet som støtter trådløs lading, har en innebygd trådløs lademottaksmodul i ladeboksen, som kan plasseres på den trådløse laderen for lading som en trådløs lade mobiltelefon, og realisere trådløs lading. Den "virkelig trådløse" funksjonen til Bluetooth + trådløs lading har en bedre brukeropplevelse og anses å være den ultimate formen for TWS ekte trådløse Bluetooth-hodesett.
Nå er TWS-øretelefoner grovt delt inn i semi-in-ear-typer med lange håndtak og cochlear-type bønnespireformer i utformingen av hodetelefonhodet. Formen på øretelefoner er relativt begrenset, så utformingen av lading og lading har blitt et gjennombruddspunkt. Bildet er riktig Laderommet har gjort litt innovasjon ved hjelp av en tofarget sprøytestøpingsprosess, et mørkt og gjennomsiktig utseende og intern teksturdesign, og med kraftdisplayet, noe som skaper en høyteknologisk følelse av høy kvalitet!
Hvordan overvinne syv designutfordringer med TWS-hodetelefoner?
Her er noen tips for å bidra til å løse noen av de tøffeste utfordringene i TWS hodetelefondesign, fra å minimere strømtap til å forlenge standby-tiden.
Siden utgivelsen av Apple AirPods i 2016 har markedet for ekte trådløst stereoanlegg (TWS) vokst med mer enn 50% årlig. Produsentene av disse populære trådløse øretelefonene legger raskt til flere funksjoner (støyreduksjon, søvn og helseovervåking) for å skille produktene sine, men å legge til alle disse funksjonene kan være vanskelig fra et designteknisk synspunkt. I denne artikkelen vil jeg gjennomgå disse utfordringene.
Utfordring 1: Minimer strømtapet gjennom effektiv lading
En stor utfordring med trådløse øretelefoner er å oppnå en lengre total avspillingstid når øreproppene i batterirommet er fulladet. I dette tilfellet betyr en lengre total spilletid antall sykluser en sak kan lade øreproppene i løpet av hele levetiden. Målet er å muliggjøre effektiv lading samtidig som strømforbruket minimeres fra ladeetuiet til øreproppene.
Ladeetuiet sender ut en spenning fra batteriet som en inngang for å lade øreproppene. Den typiske løsningen er en boost-omformer med en fast 5V-utgang, som er en enkel løsning, men optimaliserer ikke ladeeffektiviteten. Fordi øreproppbatterier er så små, bruker designere ofte lineære ladere. Når du bruker en fast 5V-inngang, er ladeeffektiviteten svært lav - omtrent (V i - 5 flaggermus) / 5 in - og produserer et stort spenningsfall på batteriet. Koble til en gjennomsnittlig 3,6 V Li-Ion-batterispenning (halv utladet) og 5V-inngangen er bare 72% effektiv.
Motsatt gir bruk av en justerbar utgangsøkning eller buck-boost-omformer i ladeetuiet en spenning bare litt over det typiske spenningsområdet til ørepropper. Dette krever kommunikasjon fra ladeetuiet til øreproppene, noe som gjør at utgangsspenningen til ladeetuiet kan justeres dynamisk til øreproppenes batteri etter hvert som spenningen øker. Dette vil minimere tap, øke ladeeffektiviteten og redusere varmen betydelig.
Utfordring 2: Skaler ned den generelle løsningen uten å fjerne funksjonalitet
Den andre utfordringen er den generelle utfordringen med liten batteridesign - hvordan du designer et batteri som er både lite i størrelse og stort i funksjon. Den enkle løsningen her er å velge en enhet med mer integrerte komponenter. F.eks.
En lineær lader med høy ytelse som integrerer ekstra strømskinner for å drive hovedsystemblokken og er et godt valg for trådløse hodetelefoner.
For strømkrevende lavspenningsmoduler som prosessorer og trådløse kommunikasjonsmoduler er bytteskinner det beste valget for effektivitet.
For sensorblokker som ikke krever mye strøm, men som trenger lite støy, bør du vurdere å bruke en lav frafallsregulator.
Hvis de trådløse hodetelefonene integrerer analoge frontsensorer for å måle oksygen og hjertefrekvens i blodet, kan det hende du også trenger en boost-omformer.
Integrer ekstra strømskinner i laderen for å gjøre formfaktoren mindre. Det er imidlertid alltid en avveining mellom å integrere mer for mindre størrelser og bruke mer diskrete integrerte kretser (ICer) for fleksibilitet.
Utfordring 3: Forlenge standby-tiden
Standby-tid er viktig fordi forbrukerne forventer at hodetelefoner skal spille musikk selv etter lange perioder med inaktivitet utenfor ladeetuiet. Vurder å bruke litium-ion-batterier med høyere energitetthet i ørepropper, som vanligvis har høyere spenninger, for eksempel 4,35 volt og 4,4 volt, slik at mer energi kan lagres. En full lading øker også standby-tiden. En batterilader med en liten termineringsstrøm og høy nøyaktighet vil bidra til å forlenge standby-tiden. Hvis det er en stor endring i termineringsavtalen, kan du ende opp med en høyere avslutningsstrøm, noe som kan føre til for tidlig avslutning og lavt batterinivå.
Et 41 mAh-batteri avsluttet ved 1 mAh mot 4 mAh. Hvis den nominelle 1mA-termineringsstrømmen varierer mye og faktisk avsluttes ved 4mA, vil 2mAh-batterikapasiteten forbli uutnyttet. Lavere termineringsstrøm og høyere nøyaktighet øker effektiv batterikapasitet.
Lav passiviserende strøm (IQ) er også viktig for å forlenge standby-tiden i forskjellige driftsmoduser. En lader-IC med en strømbane og nesten null skipsmodusstrøm vil forhindre at batteriet tømmes før produktet når forbrukeren, noe som muliggjør umiddelbar bruk. Strømbanen krever plassering av metalloksid-halvleder felteffekttransistorer mellom batteriet og systemet for å administrere henholdsvis systemet og batteribanene.
Når øreproppene spiller musikk eller tomgang, må det nåværende forbruket av systemet være så lite som mulig. Å finne en lader med lav jeg minimerer også I av systemet. For eksempel krever batteriladere ofte et negativt temperaturkoeffisient (NTC) motstandsnettverk for å måle batteritemperaturen.
Noen løsninger på markedet kan ikke slå av NTC-strømmen når du arbeider i batterimodus. De lekker enten for mye (lekkasje kan overstige 200μ når NTC-nettverket har 20 kΩ) eller krever ekstra I / O og slår den av med en bryter.
Utfordring 4: Sikkerhetsdesign
Produsenter av batteripakker har ofte retningslinjer for lading av batterier ved ulike temperaturer, og batteriene må holde seg innenfor disse trygge driftsområdene under bruk. Noen krever en standardprofil der ladingen stopper utenfor den varme og kalde temperaturgrensen. Andre selskaper kan for eksempel kreve spesifikk informasjon fra Japan Electronics and Information Technology Association. For å overholde disse temperaturprofilene, se etter en profil med den nødvendige innebygde eller noen I twoC-programmerbarhet. BQ21061 og BQ25155 har registre for å stille inn temperaturvinduet og tiltak som skal iverksettes innenfor et bestemt temperaturområde.
Battery Undervoltage lockout (UVLO) er en annen sikkerhetsfunksjon som forhindrer at batteriet blir overladet og dermed stresset. Når batterispenningen faller under en viss terskel, kutter UVLO av utløpsbanen. For et Li-Ion-batteri som er ladet ved 4,2 V, er for eksempel en vanlig grense for avstengning 2,8 V til 3 V.
Utfordring 5: Sikre systempålitelighet
Lav systempålitelighet førte til at noen mikroprosessorer ble sittende fast når brukeren koblet til kortet. Selv om dette er sjeldent, krever det en tilbakestilling av systemstrømmen slik at mikroprosessoren kan starte på nytt og gå tilbake til det normale. Noen batteriladere integrerer tidtaker for tilbakestilling av maskinvare som utfører en tilbakestilling av maskinvare eller en strømsyklus (hvis ikke) to C-transaksjoner oppdages en gang etter at adapteren er koblet til av brukeren. Etter at et system er tilbakestilt, kobles strømbanen fra og kobles til batteriet og systemet på nytt.
I likhet med tidtakeren for tilbakestilling av maskinvare, bidrar den tradisjonelle vakthundtidtakeren for programvare også til å forbedre systemets pålitelighet ved å tilbakestille laderregisteret til standardverdien etter en periode uten transaksjoner i den toC. Denne tilbakestillingen forhindrer at batteriet lades feil når mikroprosessoren er i feil tilstand.
Utfordring 6: Overvåk de beste driftsområdene
Den sjette utfordringen er å overvåke systemparametere, som effektivt kan oppnås ved hjelp av en innebygd høypresisjons analog-til-digital omformer (ADC). Måling av batterispenning er en god parameter fordi den gir en praktisk, om enn omtrentlig, representasjon av batteriets ladetilstand. Som en tommelfingerregel, hvis ladetilstanden som kreves av det trådløse hodesettet er høyere enn ±5%.
Den innebygde ADC-en med høy nøyaktighet lar deg også overvåke og iverksette tiltak på batteri- og bretttemperatur under lading og utlading. Andre parametere laderen kan overvåke inkluderer inngangsspenning/strøm, ladespenning/strøm og systemspenning. Den innebygde komparatoren hjelper også med å overvåke bestemte parametere og sende avbrudd til verten. Hvis parameteren er innenfor det normale området og komparatoren ikke utløses, trenger ikke verten å lese interesseparameteren hele tiden. BQ25155 er et godt eksempel for å overvåke systemparametere, da den har en ADC og komparator.
Utfordring 7: Forenkle trådløs tilkobling
Noen trådløse øretelefoner har en funksjon som viser ladestatusen til øretelefonene og ladeetuiet på smarttelefonen når øretelefonene er i ladeetuiet og lokket er åpent. For å støtte dette må øretelefonene rapportere ladetilstanden så snart de er koblet til saken, selv om batteriet er utladet. Hovedbrikken må være våken for å rapportere ladetilstanden, så i dette tilfellet må den eksterne strømkilden drive øreproppene. En lader med strømbane gjør det mulig for systemet å få en høyere spenning fra VBU mens du lader batteriet ved lavere spenning.
Flere funksjoner i den trådløse hodetelefonladeren (for eksempel skipsmodus, tilbakestilling av systemstrøm, batteri UVLO, nøyaktig terminalstrøm og rapportering av øyeblikkelig ladestatus) er ikke mulig uten strømbanefunksjonen, noe som krever at både batteri og system A MOSFET plasseres mellom for å administrere systemet og batteribanene separat. Figur 5 illustrerer laderen med og uten strømbane.
Kobling og lineære ladere kan sees i ladeetuiets design avhengig av batteristørrelse og ladehastighet. Koblingsladere er mer effektive og genererer mindre varme, noe som er viktig for høye strømmer på 700mA og over. Koblingsladere leveres vanligvis med en integrert boost- eller følgefunksjon som øker batterispenningen og gir inngangsspenningen for lading av øreproppene. Lineære ladere er også et godt valg for batteribokser på lavt strømnivå, da de tilbyr lave kostnader og lav IQ.
Oppladbare høreapparater byr på lignende designutfordringer. De er vanligvis mindre enn ørepropper slik at de er usynlige og derfor krever mer strømintegrasjon i et mindre område. De krever også strømskinner med lavt støynivå, inkludert en innslått kondensatortopologi, for overlegen lydklarhet.