Cum să proiectați un pin Pogo de încărcare pentru căștile TWS?
Setul cu cască Bluetooth wireless TWS este unul dintre produsele purtabile inteligente preferate de bărbați, femei și copii în ultimii ani. Este mic și rafinat, ușor de încărcat și are diferite forme. Acesta poate fi încărcat prin plasarea acestuia în compartimentul de încărcare. Una dintre componentele de bază din compartimentul de încărcare a căștilor Bluetooth TWS este pinul pogopin pogogo. Căștile TWS pot fi încărcate prin contactul dintre capătul feminin al pinului pogo și capătul masculin din compartimentul de încărcare. 80% dintre brandurile de pe piață aleg să folosească pinul pogo.
Cutia de încărcare a căștilor TWS este un scenariu ideal de încărcare wireless de mică putere. Setul cu cască Bluetooth wireless TWS care acceptă încărcarea wireless are un modul încorporat de recepție a încărcării wireless în cutia de încărcare, care poate fi plasat pe încărcătorul wireless pentru încărcare ca un telefon mobil de încărcare wireless, realizând încărcarea wireless. Funcția "cu adevărat wireless" a încărcării wireless Bluetooth + are o experiență mai bună a utilizatorului și este considerată a fi forma finală a căștilor Bluetooth wireless adevărate TWS.
Acum, căștile TWS sunt împărțite aproximativ în tipuri semi-in-ear, cu mânere lungi și forme de germeni de fasole de tip cohlear în designul capului căștilor. Forma căștilor este relativ limitată, astfel încât designul încărcării și încărcării a devenit un punct revoluționar. Imaginea este corectă Compartimentul de încărcare a făcut o mică inovație, folosind un proces de turnare prin injecție în două culori, un aspect întunecat și transparent și un design de textură internă și cu afișajul de putere, creând un sentiment de înaltă calitate, de înaltă tehnologie!
Cum să depășiți șapte provocări de design ale căștilor TWS?
Iată câteva sfaturi pentru a vă ajuta să rezolvați unele dintre cele mai dificile provocări în proiectarea căștilor TWS, de la minimizarea pierderilor de energie până la prelungirea timpului de așteptare.
De la lansarea Apple AirPods în 2016, adevărata piață stereo wireless (TWS) a crescut cu peste 50% anual. Producătorii acestor căști wireless populare adaugă rapid mai multe caracteristici (anularea zgomotului, somnul și monitorizarea sănătății) pentru a-și diferenția produsele, dar adăugarea tuturor acestor caracteristici poate fi dificilă din punct de vedere al ingineriei de proiectare. În acest articol, voi trece în revistă aceste provocări.
Provocarea 1: Minimizați pierderile de energie prin încărcare eficientă
O provocare majoră cu căștile wireless este obținerea unui timp total de redare mai lung atunci când căștile din compartimentul bateriei sunt încărcate complet. În acest caz, un timp de joc total mai lung se traduce prin numărul de cicluri pe care un caz le poate încărca căștile pe întreaga durată de viață. Scopul este de a permite încărcarea eficientă, minimizând în același timp consumul de energie de la carcasa de încărcare la căști.
Carcasa de încărcare scoate o tensiune din baterie ca intrare pentru a încărca căștile. Soluția tipică este un convertor boost cu o ieșire fixă de 5V, care este o soluție simplă, dar nu optimizează eficiența încărcării. Deoarece bateriile căștilor sunt atât de mici, designerii folosesc adesea încărcătoare liniare. Atunci când se utilizează o intrare fixă de 5V, eficiența de încărcare este foarte scăzută - aproximativ (V în - 5 lilieci) / 5 in - și produce o cădere mare de tensiune pe baterie. Conectați o tensiune medie a bateriei Li-Ion de 3,6V (pe jumătate descărcată), iar intrarea de 5V este eficientă cu doar 72%.
În schimb, utilizarea unui impuls de ieșire reglabil sau a unui convertor buck-boost în carcasa de încărcare produce o tensiune doar puțin peste intervalul de tensiune tipic al căștilor. Acest lucru necesită comunicarea de la carcasa de încărcare la căști, ceea ce permite tensiunii de ieșire a carcasei de încărcare să se adapteze dinamic la bateria căștilor pe măsură ce tensiunea crește. Acest lucru va minimiza pierderile, va crește eficiența încărcării și va reduce semnificativ căldura.
Provocarea 2: Reduceți soluția generală fără a elimina funcționalitatea
A doua provocare este provocarea generală a designului bateriei mici - cum să proiectați o baterie care este atât de dimensiuni mici, cât și de mare în funcție. Soluția simplă aici este de a alege un dispozitiv cu componente mai integrate. De exemplu:
Un încărcător liniar de înaltă performanță care integrează șine de alimentare suplimentare pentru a alimenta blocul principal al sistemului și este o alegere bună pentru căștile wireless.
Pentru modulele de joasă tensiune, care necesită multă energie, cum ar fi procesoarele și modulele de comunicare fără fir, șinele de schimb sunt cea mai bună alegere pentru eficiență.
Pentru blocurile de senzori care nu necesită multă putere, dar au nevoie de zgomot redus, luați în considerare utilizarea unui regulator de abandon scăzut.
Dacă căștile wireless integrează senzori frontali analogici pentru a măsura oxigenul din sânge și ritmul cardiac, este posibil să aveți nevoie și de un convertor de impuls.
Integrați șine de alimentare suplimentare în încărcător pentru a face factorul său de formă mai mic. Cu toate acestea, există întotdeauna un compromis între integrarea mai mult pentru dimensiuni mai mici și utilizarea circuitelor integrate (CIRCUITE) mai discrete pentru flexibilitate.
Provocarea 3: Extindeți timpul de așteptare
Timpul de așteptare este important, deoarece consumatorii se așteaptă ca căștile să redea muzică chiar și după perioade lungi de inactivitate în afara carcasei de încărcare. Luați în considerare utilizarea bateriilor litiu-ion cu densitate mai mare de energie în căști, care au de obicei tensiuni mai mari, cum ar fi 4,35 volți și 4,4 volți, astfel încât să poată fi stocată mai multă energie. O încărcare completă crește, de asemenea, timpul de așteptare. Un încărcător de baterie cu un mic curent de terminare și o precizie ridicată va ajuta la prelungirea timpului de așteptare. Dacă există o modificare mare a specificațiilor actuale de terminare, este posibil să ajungeți la un curent de terminare mai mare, ceea ce poate duce la reziliere prematură și la o baterie scăzută.
O baterie de 41mAh s-a terminat la 1mAh față de 4mAh. Dacă curentul nominal de terminare 1mA variază foarte mult și se termină efectiv la 4mA, capacitatea bateriei de 2mAh va rămâne neexploatată. Curentul de terminare mai mic și precizia mai mare cresc capacitatea eficientă a bateriei.
Curentul quiescent scăzut (IQ) este, de asemenea, important pentru a prelungi timpul de așteptare în diferite moduri de operare. Un încărcător IC cu o cale de alimentare și un curent de mod de livrare aproape de zero va împiedica bateria să se scurgă înainte ca produsul să ajungă la consumator, permițând utilizarea imediată. Calea de alimentare necesită plasarea tranzistoarelor cu efect de câmp metal-oxid-semiconductor între baterie și sistem pentru a gestiona căile sistemului și, respectiv, ale bateriei.
Atunci când căștile redau muzică sau ralanti, consumul curent al sistemului trebuie să fie cât mai mic posibil. Găsirea unui încărcător cu scăzut am minimiza, de asemenea, I a sistemului. De exemplu, încărcătoarele de baterii necesită adesea o rețea de rezistori cu coeficient de temperatură negativă (NTC) pentru a măsura temperatura bateriei.
Unele soluții de pe piață nu pot opri curentul NTC atunci când funcționează în modul baterie. Fie se scurg prea mult (scurgerea poate depăși 200μ atunci când rețeaua NTC are 20 kΩ), fie necesită I/O suplimentar și o opresc cu un comutator.
Provocarea 4: Design de securitate
Producătorii de baterii au adesea orientări pentru încărcarea bateriilor la temperaturi diferite, iar bateriile trebuie să rămână în aceste zone de operare sigure în timpul utilizării. Unele necesită un profil standard în care încărcarea se oprește în afara limitei de temperatură caldă și rece. De exemplu, alte companii pot solicita informații specifice de la Japan Electronics and Information Technology Association. Pentru a respecta aceste profiluri de temperatură, căutați un profil cu programabilitatea necesară încorporată sau unele I twoC. BQ21061 și BQ25155 au registre pentru a seta fereastra de temperatură și acțiunile care trebuie întreprinse într-un anumit interval de temperatură.
Blocarea subtensiunii bateriei (UVLO) este o altă caracteristică de siguranță care împiedică descărcarea excesivă a bateriei și, astfel, stresată. Odată ce tensiunea bateriei scade sub un anumit prag, UVLO taie calea de descărcare. De exemplu, pentru o baterie Li-Ion încărcată la 4,2V, un prag comun de întrerupere este de 2,8V până la 3V.
Provocarea 5: Asigurarea fiabilității sistemului
Fiabilitatea scăzută a sistemului a făcut ca unele microprocesoare să se blocheze atunci când utilizatorul a conectat adaptorul. Deși acest lucru este rar, necesită o resetare a puterii sistemului, astfel încât microprocesorul să poată reporni și reveni la normal. Unele încărcătoare de baterie integrează cronometrul de monitorizare a resetării hardware care efectuează o resetare hardware sau un ciclu de alimentare (dacă nu) două tranzacții C sunt detectate cândva după ce adaptorul este conectat de utilizator. După o resetare a sistemului, calea de alimentare este deconectată și reconectată la baterie și sistem.
Similar cu cronometrul de monitorizare a resetării hardware, cronometrul tradițional de câine de pază software ajută, de asemenea, la îmbunătățirea fiabilității sistemului prin resetarea registrului încărcătorului la valoarea implicită după o perioadă în care nu există tranzacții în twoC. Această resetare împiedică încărcarea incorectă a bateriei atunci când microprocesorul este într-o stare defectuoasă.
Provocarea 6: Monitorizați cele mai bune zone de operare
A șasea provocare este de a monitoriza parametrii sistemului, care pot fi realizați în mod eficient printr-un convertor analog-digital de înaltă precizie încorporat (ADC). Măsurarea tensiunii bateriei este un parametru bun, deoarece oferă o reprezentare convenabilă, deși aproximativă, a stării de încărcare a bateriei. Ca regulă generală, dacă starea de încărcare cerută de căștile wireless este mai mare de ±5%.
ADC încorporat de înaltă precizie vă permite, de asemenea, să monitorizați și să luați măsuri cu privire la temperatura bateriei și a plăcii în timpul încărcării și descărcării. Alți parametri pe care încărcătorul îi poate monitoriza includ tensiunea/curentul de intrare, tensiunea/curentul de încărcare și tensiunea sistemului. Comparatorul încorporat ajută, de asemenea, în mod convenabil la monitorizarea parametrilor specifici și la trimiterea întreruperilor către gazdă. Dacă parametrul se află în limitele normale și comparatorul nu este declanșat, gazda nu trebuie să citească în mod constant parametrul de interes. BQ25155 este un bun exemplu pentru a monitoriza parametrii de sistem, deoarece are un ADC și un comparator.
Provocarea 7: Simplificați conectivitatea wireless
Unele căști wireless au o caracteristică care afișează starea de încărcare a căștilor și carcasa de încărcare de pe smartphone atunci când căștile se află în carcasa de încărcare și capacul este deschis. Pentru a susține acest lucru, căștile trebuie să raporteze starea de încărcare imediat ce sunt conectate la carcasă, chiar dacă bateria este epuizată. Cipul principal trebuie să fie treaz pentru a raporta starea de încărcare, astfel încât, în acest caz, sursa de alimentare externă trebuie să alimenteze căștile. Un încărcător cu o cale de alimentare permite sistemului să obțină o tensiune mai mare de la VBU în timp ce încarcă bateria la o tensiune mai mică.
Mai multe caracteristici ale încărcătorului wireless pentru căști (cum ar fi modul de expediere, resetarea alimentării sistemului, UVLO bateriei, curentul terminal precis și raportarea stării de încărcare instantanee) nu sunt posibile fără capacitatea căii de alimentare, ceea ce necesită plasarea atât a bateriei, cât și a sistemului A MOSFET între pentru a gestiona separat sistemul și căile bateriei. Figura 5 ilustrează încărcătorul cu și fără o cale de alimentare.
Comutarea și încărcătoarele liniare pot fi văzute în designul carcasei de încărcare, în funcție de dimensiunea bateriei și de rata de încărcare. Încărcătoarele de comutare sunt mai eficiente și generează mai puțină căldură, ceea ce este important pentru curenții mari de 700mA și mai sus. Încărcătoarele de comutare vin de obicei cu o funcție integrată boost or follow care mărește tensiunea bateriei și asigură tensiunea de intrare pentru încărcarea căștilor. Încărcătoarele liniare sunt, de asemenea, o alegere bună pentru cutiile de baterii cu nivel scăzut de curent, deoarece oferă costuri reduse și IQ scăzut.
Aparatele auditive reîncărcabile prezintă provocări similare de proiectare. Ele sunt de obicei mai mici decât căștile, astfel încât acestea să fie invizibile și, prin urmare, necesită mai multă integrare a puterii într-o zonă mai mică. De asemenea, acestea necesită șine de putere cu zgomot redus, inclusiv o topologie a condensatorului comutată, pentru o claritate audio superioară.