Как спроектировать зарядный контакт Pogo для наушников TWS?
Беспроводная Bluetooth-гарнитура TWS — это один из интеллектуальных носимых устройств, который в последние годы предпочитают мужчины, женщины и дети. Он маленький и изысканный, легко заряжается и имеет разные формы. Его можно зарядить, поместив в зарядный отсек. Одним из основных компонентов в отсеке для зарядки Bluetooth-гарнитуры TWS является штифт pogopin pogo. Наушники TWS можно заряжать путем контакта между гнездовым концом пружинного штифта и штыревым концом в зарядном отсеке. 80 процентов брендов на рынке предпочитают использовать пого-пин.
Коробка для зарядки гарнитуры TWS — это идеальный сценарий беспроводной зарядки с низким энергопотреблением. Беспроводная Bluetooth-гарнитура TWS, поддерживающая беспроводную зарядку, имеет встроенный модуль приема беспроводной зарядки в зарядном боксе, который можно поместить на беспроводное зарядное устройство для зарядки, как мобильный телефон с беспроводной зарядкой, реализуя беспроводную зарядку. «Настоящая беспроводная» функция Bluetooth плюс беспроводная зарядка обеспечивает лучший пользовательский интерфейс и считается окончательной формой настоящей беспроводной Bluetooth-гарнитуры TWS.
Теперь наушники TWS условно делятся на полувкладыши с длинными ручками и улитковые формы бобовидных ростков в конструкции головки наушников. Форма наушников относительно ограничена, поэтому дизайн зарядки и зарядки стал точкой прорыва. Изображение правильное. В зарядном отсеке было сделано небольшое нововведение с использованием двухцветного процесса литья под давлением, темного и прозрачного внешнего вида, дизайна внутренней текстуры и дисплея питания, что создает ощущение высокого качества и высоких технологий!
Как преодолеть семь проблем дизайна наушников TWS?
Вот несколько советов, которые помогут решить некоторые из самых сложных задач при проектировании наушников TWS, от минимизации потерь мощности до увеличения времени работы в режиме ожидания.
С момента выпуска Apple AirPods в 2016 году рынок настоящих беспроводных стереосистем (TWS) ежегодно рос более чем на 50 процентов. Производители этих популярных беспроводных наушников быстро добавляют дополнительные функции (шумоподавление, сон и мониторинг здоровья), чтобы дифференцировать свои продукты, но добавление всех этих функций может быть сложным с точки зрения проектирования. В этой статье я рассмотрю эти проблемы.
Задача 1: свести к минимуму потери мощности за счет эффективной зарядки
Основной проблемой беспроводных наушников является увеличение общего времени воспроизведения, когда наушники в батарейном отсеке полностью заряжены. В этом случае более продолжительное общее время воспроизведения соответствует количеству циклов, которые чехол может заряжать наушники за весь срок их службы. Цель состоит в том, чтобы обеспечить эффективную зарядку при минимальном потреблении энергии от зарядного чехла до наушников.
Зарядный кейс выводит напряжение от аккумулятора в качестве входа для зарядки наушников. Типичным решением является повышающий преобразователь с фиксированным выходным напряжением 5 В, что является простым решением, но не оптимизирует эффективность зарядки. Поскольку батареи для наушников очень маленькие, дизайнеры часто используют линейные зарядные устройства. При использовании фиксированного входа 5 В эффективность зарядки очень низкая - около (В в - 5 битах) / 5 дюймов - и приводит к большому падению напряжения на аккумуляторе. Подключите литий-ионный аккумулятор со средним напряжением 3,6 В (полуразряженный), и входное напряжение 5 В будет эффективным только на 72 процента.
И наоборот, использование повышающего или повышающе-понижающего преобразователя с регулируемым выходом в зарядном футляре дает напряжение лишь немного выше типичного диапазона напряжений наушников. Для этого требуется связь от зарядного футляра к наушникам, что позволяет выходному напряжению зарядного футляра динамически подстраиваться под батарею наушников по мере увеличения напряжения. Это сведет к минимуму потери, повысит эффективность зарядки и значительно снизит нагрев.
Задача 2: масштабирование всего решения без удаления функциональности
Вторая проблема — это общая проблема проектирования небольших батарей: как спроектировать батарею, которая была бы одновременно и небольшой по размеру, и большой по функциям. Простое решение здесь — выбрать устройство с более интегрированными компонентами. Например:
Высокопроизводительное линейное зарядное устройство, в которое встроены дополнительные шины питания для питания основного системного блока, является хорошим выбором для беспроводных наушников.
Для энергоемких низковольтных модулей, таких как процессоры и модули беспроводной связи, сменные шины являются лучшим выбором с точки зрения эффективности.
Для сенсорных блоков, которые не требуют большой мощности, но нуждаются в низком уровне шума, рассмотрите возможность использования регулятора с малым падением напряжения.
Если в ваши беспроводные наушники встроены аналоговые внешние датчики для измерения кислорода в крови и частоты сердечных сокращений, вам также может понадобиться повышающий преобразователь.
Интегрируйте дополнительные шины питания в зарядное устройство, чтобы уменьшить его форм-фактор. Однако всегда существует компромисс между большей интеграцией для меньших размеров и использованием большего количества дискретных интегральных схем (ИС) для обеспечения гибкости.
Задача 3: увеличить время ожидания
Время работы в режиме ожидания важно, поскольку потребители ожидают, что наушники будут воспроизводить музыку даже после длительного бездействия вне чехла для зарядки. Рассмотрите возможность использования в наушниках литий-ионных аккумуляторов с более высокой плотностью энергии, которые обычно имеют более высокое напряжение, например 4,35 В и 4,4 В, чтобы можно было хранить больше энергии. Полная зарядка также увеличивает время работы в режиме ожидания. Зарядное устройство с малым током нагрузки и высокой точностью поможет увеличить время работы в режиме ожидания. Если есть большое изменение в спецификации тока завершения, вы можете получить более высокий ток завершения, что может привести к преждевременному завершению и разрядке батареи.
Батарея емкостью 41 мАч закончилась на 1 мАч против 4 мАч. Если номинальный ток нагрузки 1 мА варьируется в широких пределах и фактически ограничивается 4 мА, емкость аккумулятора 2 мАч останется неиспользованной. Меньший ток нагрузки и более высокая точность увеличивают эффективную емкость батареи.
Низкий ток покоя (IQ) также важен для увеличения времени ожидания в различных режимах работы. Микросхема зарядного устройства с цепью питания и почти нулевым током в режиме доставки предотвратит разряд батареи до того, как продукт будет доставлен потребителю, что позволит немедленно использовать его. Путь питания требует размещения полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник между батареей и системой для управления цепями системы и батареи соответственно.
Когда наушники воспроизводят музыку или находятся в режиме ожидания, потребление тока системой должно быть как можно меньше. Поиск зарядного устройства с низким I также минимизирует I системы. Например, зарядным устройствам часто требуется сеть резисторов с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) для измерения температуры батареи.
Некоторые решения на рынке не могут отключить ток NTC при работе в режиме батареи. Они либо пропускают слишком много (утечка может превышать 200 мк, когда сеть NTC имеет сопротивление 20 кОм), либо требуют дополнительного ввода-вывода и отключают его с помощью переключателя.
Задача 4: Дизайн безопасности
У производителей аккумуляторных батарей часто есть рекомендации по зарядке батарей при различных температурах, и во время использования батареи должны оставаться в пределах этих безопасных рабочих зон. Некоторым требуется стандартный профиль, в котором зарядка прекращается за границей горячей и холодной температуры. Например, другим компаниям может потребоваться конкретная информация от Японской ассоциации электроники и информационных технологий. Чтобы соответствовать этим температурным профилям, ищите профиль с необходимой встроенной или какой-то двухъярусной программируемостью. BQ21061 и BQ25155 имеют регистры для установки температурного окна и действий, которые должны выполняться в определенном диапазоне температур.
Блокировка батареи при пониженном напряжении (UVLO) — это еще одна функция безопасности, которая предотвращает чрезмерную разрядку батареи и, следовательно, нагрузку. Как только напряжение батареи падает ниже определенного порога, UVLO отключает путь разряда. Например, для литий-ионной батареи, заряженной при напряжении 4,2 В, общий порог отключения составляет от 2,8 до 3 В.
Задача 5: Обеспечение надежности системы
Низкая надежность системы приводила к зависанию некоторых микропроцессоров, когда пользователь подключал адаптер. Хотя это происходит редко, для этого требуется сброс питания системы, чтобы микропроцессор мог перезапуститься и вернуться в нормальное состояние. В некоторые зарядные устройства встроен сторожевой таймер аппаратного сброса, который выполняет аппаратный сброс или цикл питания (если нет). Через некоторое время после подключения адаптера пользователем обнаруживаются две транзакции C. После сброса системы цепь питания отключается и снова подключается к аккумулятору и системе.
Подобно сторожевому таймеру аппаратного сброса, традиционный программный сторожевой таймер также помогает повысить надежность системы, сбрасывая регистр зарядного устройства на значение по умолчанию после периода отсутствия транзакций в twoC. Этот сброс предотвращает неправильную зарядку батареи, когда микропроцессор находится в неисправном состоянии.
Задача 6: Отслеживайте лучшие операционные зоны
Шестая задача заключается в мониторинге параметров системы, что может быть эффективно достигнуто с помощью встроенного высокоточного аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Измерение напряжения аккумулятора является хорошим параметром, поскольку оно обеспечивает удобное, хотя и приблизительное, представление о состоянии заряда аккумулятора. Как правило, если уровень заряда, необходимый для беспроводной гарнитуры, превышает ±5 процентов .
Высокоточный встроенный АЦП также позволяет отслеживать температуру батареи и платы во время зарядки и разрядки и принимать соответствующие меры. Другие параметры, которые может контролировать зарядное устройство, включают входное напряжение/ток, зарядное напряжение/ток и системное напряжение. Встроенный компаратор также удобно помогает отслеживать определенные параметры и отправлять прерывания на хост. Если параметр находится в пределах нормы и компаратор не срабатывает, хосту не нужно постоянно считывать интересующий параметр. BQ25155 — хороший пример для мониторинга параметров системы, поскольку он имеет АЦП и компаратор.
Задача 7: упростить беспроводное подключение
Некоторые беспроводные наушники имеют функцию, которая отображает состояние зарядки наушников и зарядного чехла на смартфоне, когда наушники находятся в зарядном чехле и крышка открыта. Чтобы поддерживать это, наушники должны сообщать о состоянии заряда, как только они подключены к футляру, даже если батарея разряжена. Основной чип должен быть в активном состоянии, чтобы сообщать о состоянии зарядки, поэтому в этом случае внешний источник питания должен питать наушники. Зарядное устройство с силовым трактом позволяет системе получать более высокое напряжение от VBU, одновременно заряжая аккумулятор при более низком напряжении.
Некоторые функции беспроводного зарядного устройства для наушников (такие как режим корабля, сброс питания системы, UVLO батареи, точный ток клеммы и мгновенная отчетность о состоянии зарядки) невозможны без возможности пути питания, которая требует размещения как батареи, так и системного МОП-транзистора. в промежутках, чтобы управлять системой и батареями отдельно. На рис. 5 показано зарядное устройство с цепью питания и без нее.
Импульсные и линейные зарядные устройства можно увидеть в конструкции зарядного кейса в зависимости от размера батареи и скорости зарядки. Импульсные зарядные устройства более эффективны и выделяют меньше тепла, что важно при больших токах от 700 мА и выше. Импульсные зарядные устройства обычно имеют встроенную функцию Boost или Follow, которая повышает напряжение батареи и обеспечивает входное напряжение для зарядки наушников. Линейные зарядные устройства также являются хорошим выбором для аккумуляторных батарей с низким уровнем тока, поскольку они предлагают низкую стоимость и низкий IQ.
С перезаряжаемыми слуховыми аппаратами возникают аналогичные проблемы. Обычно они меньше наушников, поэтому они невидимы и поэтому требуют большей интеграции мощности на меньшей площади. Им также требуются шины питания с низким уровнем шума, включая топологию с переключаемыми конденсаторами, для превосходной четкости звука.