Hogyan tervezzünk töltő Pogo tűt a TWS fülhallgatóhoz?
A TWS vezeték nélküli Bluetooth headset az egyik olyan intelligens hordható termék, amelyet az elmúlt években a férfiak, nők és gyerekek kedveltek. Kicsi és igényes, könnyen tölthető, és különböző formájú. A töltőrekeszbe helyezve tölthető. A TWS Bluetooth headset töltőrekesz egyik alapvető összetevője a pogopin pogo tű. A TWS fülhallgató a pogo tű anya és a töltőrekeszben lévő apa vége közötti érintkezéssel tölthető. A piacon lévő márkák 80 százaléka a pogo tű használatát választja.
A TWS headset töltődoboz ideális alacsony fogyasztású vezeték nélküli töltési forgatókönyv. A vezeték nélküli töltést támogató TWS vezeték nélküli Bluetooth headset beépített vezeték nélküli töltés fogadó modullal rendelkezik a töltődobozban, amely a vezeték nélküli töltőre helyezhető vezeték nélküli töltő mobiltelefonhoz hasonlóan, a vezeték nélküli töltést megvalósítva. A Bluetooth és a vezeték nélküli töltés "igazán vezeték nélküli" funkciója jobb felhasználói élményt biztosít, és a TWS igazi vezeték nélküli Bluetooth headset végső formájaként tartják számon.
Jelenleg a TWS fülhallgatókat nagyjából félig-fülbe helyezhető típusokra osztják, hosszú fogantyúkkal és cochleáris típusú babcsíra-formákkal a fejhallgatófej kialakításában. A fülhallgatók formája viszonylag korlátozott, így a töltés és a töltés kialakítása kitörési ponttá vált. Helyes a kép A töltőrekesz egy kis újítást hozott, kétszínű fröccsöntési eljárással, sötét és átlátszó megjelenéssel és belső textúrájú kialakítással, valamint a teljesítmény kijelzővel kiváló minőségű, high-tech érzést kelt!
Hogyan lehet leküzdeni a TWS fejhallgatók hét tervezési kihívását?
Íme néhány tipp, amelyek segítenek megoldani a TWS fejhallgató-tervezés legnehezebb kihívásait, az energiaveszteség minimalizálásától a készenléti idő meghosszabbításáig.
Az Apple AirPods 2016-os megjelenése óta a valódi vezeték nélküli sztereó (TWS) piac évente több mint 50 százalékkal nőtt. Ezeknek a népszerű vezeték nélküli fülhallgatóknak a gyártói gyorsan további funkciókat (zajszűrés, alvás és egészségfigyelés) adnak hozzá termékeik megkülönböztetéséhez, de ezeknek a funkcióknak a hozzáadása tervezési mérnöki szempontból nehéz lehet. Ebben a cikkben ezeket a kihívásokat tekintem át.
1. kihívás: Minimalizálja az energiaveszteséget a hatékony töltés révén
A vezeték nélküli fülhallgatókkal kapcsolatos legnagyobb kihívás a hosszabb teljes lejátszási idő elérése, amikor az akkumulátorrekeszben lévő fülhallgatók teljesen fel vannak töltve. Ebben az esetben a hosszabb teljes lejátszási idő azt jelenti, hogy egy tok hány ciklust képes tölteni a fülhallgatót azok teljes élettartama alatt. A cél az, hogy lehetővé tegyük a hatékony töltést, miközben minimalizáljuk az energiafogyasztást a töltőtoktól a fülhallgatókig.
A töltőtok feszültséget ad ki az akkumulátorról bemenetként a fülhallgatók töltéséhez. A tipikus megoldás a fix 5V-os kimenetű boost converter, ami egyszerű megoldás, de nem optimalizálja a töltési hatékonyságot. Mivel a fülhallgatók akkumulátorai olyan kicsik, a tervezők gyakran lineáris töltőket használnak. Fix 5 V-os bemenet használata esetén a töltési hatásfok nagyon alacsony - körülbelül (V in - 5 bat) / 5 in -, és nagy feszültségesést okoz az akkumulátoron. Csatlakoztasson egy átlagos 3,6 V-os Li-Ion akkumulátorfeszültséget (félig lemerült), és az 5 V-os bemenet csak 72 százalékos hatásfokú.
Ezzel szemben az állítható kimenetű boost vagy buck-boost konverter használata a töltőtokban csak kevéssel haladja meg a fülhallgatók tipikus feszültségtartományát. Ehhez kommunikációra van szükség a töltőtok és a fülhallgatók között, ami lehetővé teszi, hogy a töltőtok kimeneti feszültsége dinamikusan igazodjon a fülhallgató akkumulátorához, ahogy a feszültség nő. Ez minimálisra csökkenti a veszteségeket, növeli a töltési hatékonyságot és jelentősen csökkenti a hőt.
2. kihívás: Csökkentse a teljes megoldást a funkciók eltávolítása nélkül
A második kihívás a kisméretű akkumulátorok tervezésének általános kihívása – hogyan lehet olyan akkumulátort megtervezni, amely mind kis méretű, mind funkciójában nagy. Az egyszerű megoldás itt az, hogy több integrált komponenssel rendelkező eszközt válasszunk. Például:
Nagy teljesítményű lineáris töltő, amely további tápsíneket integrál a fő rendszerblokk táplálására, és jó választás vezeték nélküli fejhallgatókhoz.
Az energiaigényes, alacsony feszültségű modulok, például a processzorok és a vezeték nélküli kommunikációs modulok esetében a cseresín a legjobb választás a hatékonyság érdekében.
Azoknál az érzékelőblokkoknál, amelyek nem igényelnek sok energiát, de alacsony zajszintet igényelnek, fontolja meg az alacsony kiesési szabályozó használatát.
Ha vezeték nélküli fejhallgatójában analóg előlapi érzékelők vannak beépítve a vér oxigénszintjének és a pulzusszámának mérésére, akkor szükség lehet egy erősítő konverterre is.
Integráljon további tápsíneket a töltőbe, hogy kisebb legyen az alaktényező. Mindazonáltal mindig van kompromisszum a kisebb méretekhez való több integrálás és a rugalmasság érdekében diszkrétebb integrált áramkörök (IC) használata között.
3. kihívás: Hosszabbítsa meg a készenléti időt
A készenléti idő azért fontos, mert a fogyasztók elvárják, hogy a fejhallgató a töltőtokon kívül hosszabb inaktivitás után is lejátssza a zenét. Fontolja meg a nagyobb energiasűrűségű lítium-ion akkumulátorok használatát a fülhallgatókban, amelyek általában magasabb feszültségűek, például 4,35 V és 4,4 V, így több energia tárolható. A teljes töltés növeli a készenléti időt is. A kis lezárási árammal és nagy pontossággal rendelkező akkumulátortöltő segít meghosszabbítani a készenléti időt. Ha nagy változás történik a lezáróáram-specifikációban, akkor magasabb lezáróáram alakulhat ki, ami idő előtti lezáráshoz és alacsony akkumulátorfeszültséghez vezethet.
Egy 41 mAh-s akkumulátor 1 mAh-nál végződik a 4 mAh-val szemben. Ha a névleges 1 mA-es lezáróáram tág határok között változik, és valójában 4 mA-nél végződik, a 2 mAh-s akkumulátor kapacitása kihasználatlan marad. Az alacsonyabb lezáróáram és a nagyobb pontosság növeli az akkumulátor tényleges kapacitását.
Az alacsony nyugalmi áram (IQ) szintén fontos a készenléti idő meghosszabbításához különböző üzemmódokban. Az áramúttal és a közel nulla hajó üzemmódú árammal rendelkező töltő IC megakadályozza, hogy az akkumulátor lemerüljön, mielőtt a termék elérné a fogyasztót, és lehetővé teszi az azonnali használatot. Az áramút megköveteli fém-oxid-félvezető térhatású tranzisztorok elhelyezését az akkumulátor és a rendszer között a rendszer és az akkumulátor útvonalak kezeléséhez.
Amikor a fülhallgató zenét játszik vagy alapjáraton játszik, a rendszer áramfogyasztásának a lehető legkisebbnek kell lennie. Alacsony töltőt találva minimalizálom a rendszer I-jét is. Például az akkumulátortöltők gyakran negatív hőmérsékleti együtthatójú (NTC) ellenálláshálózatot igényelnek az akkumulátor hőmérsékletének méréséhez.
Egyes piacon kapható megoldások nem tudják kikapcsolni az NTC áramot akkumulátoros üzemmódban. Vagy túlságosan szivárognak (a szivárgás meghaladhatja a 200 µ-t, ha az NTC hálózat 20 kΩ-os), vagy extra I/O-t igényelnek, és kapcsolják ki egy kapcsolóval.
4. kihívás: Biztonsági tervezés
Az akkumulátorgyártóknak gyakran vannak irányelvei az akkumulátorok különböző hőmérsékleteken történő töltésére, és az akkumulátoroknak ezeken a biztonságos működési területeken kell maradniuk a használat során. Egyesek szabványos profilt igényelnek, ahol a töltés leáll a meleg és a hideg hőmérséklet határán kívül. Például más cégek konkrét információkat kérhetnek a Japan Electronics and Information Technology Association-től. Ahhoz, hogy megfeleljen ezeknek a hőmérsékleti profiloknak, keressen olyan profilt, amely rendelkezik a szükséges beépített vagy valamilyen I twoC programozhatósággal. A BQ21061 és BQ25155 regiszterekkel rendelkezik a hőmérsékleti ablak beállítására és a végrehajtandó műveletekre egy adott hőmérsékleti tartományon belül.
Az akkumulátor alacsony feszültségének reteszelése (UVLO) egy másik biztonsági funkció, amely megakadályozza, hogy az akkumulátor túlságosan lemerüljön, és ezáltal feszültség alá kerüljön. Ha az akkumulátor feszültsége egy bizonyos küszöb alá esik, az UVLO levágja a kisülési utat. Például egy 4,2 V-on feltöltött Li-Ion akkumulátor esetében a közös lekapcsolási küszöb 2,8 V és 3 V között van.
5. kihívás: A rendszer megbízhatóságának biztosítása
A rendszer alacsony megbízhatósága miatt néhány mikroprocesszor elakadt, amikor a felhasználó csatlakoztatta az adaptert. Bár ez ritka, a rendszer tápfeszültség-visszaállítását igényli, hogy a mikroprocesszor újraindulhasson és visszatérhessen a normál működéshez. Egyes akkumulátortöltőkbe integrált hardver-reset watchdog időzítő, amely hardver-visszaállítást vagy bekapcsolási ciklust hajt végre (ha nem) két C tranzakciót észlel valamikor azután, hogy a felhasználó csatlakoztatta az adaptert. A rendszer alaphelyzetbe állítása után az áramút megszakad, és újracsatlakozik az akkumulátorhoz és a rendszerhez.
A hardver-visszaállítási watchdog időzítőhöz hasonlóan a hagyományos szoftveres watchdog időzítő is segít a rendszer megbízhatóságának javításában azáltal, hogy visszaállítja a töltőregisztert az alapértelmezett értékre, miután a kétC-ben nem történt tranzakció. Ez az alaphelyzetbe állítás megakadályozza az akkumulátor hibás feltöltését, amikor a mikroprocesszor hibás állapotban van.
6. kihívás: Figyelje a legjobb működési területeket
A hatodik kihívás a rendszerparaméterek monitorozása, amely a beépített nagy pontosságú analóg-digitális átalakítóval (ADC) hatékonyan megvalósítható. Az akkumulátor feszültségének mérése jó paraméter, mert kényelmes, bár közelítő képet ad az akkumulátor töltöttségi állapotáról. Ökölszabályként, ha a vezeték nélküli fejhallgató által megkövetelt töltöttségi állapot magasabb, mint ±5 százalék.
A nagy pontosságú beépített ADC lehetővé teszi az akkumulátor és az alaplap hőmérsékletének figyelését és intézkedését töltés és kisütés közben. A töltő által felügyelhető egyéb paraméterek közé tartozik a bemeneti feszültség/áram, a töltési feszültség/áram és a rendszerfeszültség. A beépített összehasonlító emellett kényelmesen segít bizonyos paraméterek figyelésében és megszakítások küldésében a gazdagépnek. Ha a paraméter a normál tartományon belül van, és a komparátor nem indul el, akkor a gazdagépnek nem kell folyamatosan olvasnia a kívánt paramétert. A BQ25155 jó példa a rendszerparaméterek figyelésére, mivel rendelkezik ADC-vel és komparátorral.
7. kihívás: Egyszerűsítse a vezeték nélküli kapcsolatot
Egyes vezeték nélküli fülhallgatók olyan funkcióval rendelkeznek, amely megjeleníti a fülhallgató és a töltőtok töltési állapotát az okostelefonon, amikor a fülhallgató a töltőtokban van, és a fedél nyitva van. Ennek alátámasztására a fülhallgatónak azonnal jelentenie kell a töltöttségi állapotot, amint csatlakoztatják a házhoz, még akkor is, ha az akkumulátor lemerült. A fő chipnek ébren kell lennie, hogy jelentse a töltési állapotot, tehát ebben az esetben a külső áramforrásnak kell táplálnia a fülhallgatókat. Az áramúttal rendelkező töltő lehetővé teszi, hogy a rendszer magasabb feszültséget kapjon a VBU-tól, miközben az akkumulátort alacsonyabb feszültséggel tölti.
A vezeték nélküli fejhallgató-töltő számos funkciója (például szállítási mód, rendszer áramellátásának visszaállítása, akkumulátor UVLO, pontos kapocsáram és azonnali töltési állapotjelentés) nem lehetséges az áramút képessége nélkül, amelyhez mind az akkumulátor, mind a rendszer MOSFET elhelyezése szükséges. között, hogy külön kezelje a rendszert és az akkumulátor útvonalát. Az 5. ábra a töltőt mutatja áramúttal és anélkül.
A töltőtok kialakításában az akkumulátor méretétől és a töltési sebességtől függően kapcsoló és lineáris töltők láthatók. A kapcsolótöltők hatékonyabbak és kevesebb hőt termelnek, ami fontos a 700 mA-es és nagyobb áramok esetén. A kapcsolótöltők általában beépített boost or follow funkcióval rendelkeznek, amely megnöveli az akkumulátor feszültségét, és biztosítja a bemeneti feszültséget a fülhallgatók töltéséhez. A lineáris töltők alacsony áramszintű akkumulátordobozokhoz is jó választást jelentenek, mivel alacsony költséget és alacsony IQ-t kínálnak.
Az újratölthető hallókészülékek hasonló tervezési kihívásokat jelentenek. Általában kisebbek, mint a fülhallgatók, így láthatatlanok, és ezért nagyobb teljesítményt igényelnek egy kisebb területen. Alacsony zajszintű tápsínekre is szükségük van, beleértve a kapcsolt kondenzátor topológiát is a kiváló hangtisztaság érdekében.