Com dissenyar un pin Pogo de càrrega per als auriculars TWS?
Els auriculars Bluetooth sense fil TWS són un dels productes portàtils intel·ligents preferits per homes, dones i nens en els darrers anys. És petit i exquisit, fàcil de carregar i té diferents formes. Es pot carregar col·locant-lo al compartiment de càrrega. Un dels components bàsics del compartiment de càrrega dels auriculars Bluetooth TWS és el pogopin pogo pin. Els auriculars TWS es poden carregar mitjançant el contacte entre l'extrem femení del pin pogo i l'extrem masculí del compartiment de càrrega. El 80 per cent de les marques del mercat opten per utilitzar el pin pogo.
La caixa de càrrega d'auriculars TWS és un escenari ideal de càrrega sense fil de baixa potència. Els auriculars Bluetooth sense fil TWS que admeten la càrrega sense fil tenen un mòdul de recepció de càrrega sense fil integrat a la caixa de càrrega, que es pot col·locar al carregador sense fil per carregar com un telèfon mòbil de càrrega sense fil, realitzant la càrrega sense fil. La funció "veritablement sense fil" de Bluetooth més la càrrega sense fil té una millor experiència d'usuari i es considera la forma definitiva d'auriculars Bluetooth sense fil TWS.
Ara els auriculars TWS es divideixen aproximadament en tipus semi-in-ear amb nanses llargues i formes de brot de soja de tipus coclear en el disseny del capçal dels auriculars. La forma dels auriculars és relativament limitada, de manera que el disseny de càrrega i càrrega s'ha convertit en un punt d'avenç. La imatge és correcta El compartiment de càrrega ha fet una mica d'innovació, utilitzant un procés d'emmotllament per injecció de dos colors, un aspecte fosc i transparent i un disseny de textura interna, i amb la pantalla de potència, creant una sensació d'alta qualitat i alta tecnologia!
Com superar els set reptes de disseny dels auriculars TWS?
Aquests són alguns consells per ajudar a resoldre alguns dels reptes més difícils del disseny dels auriculars TWS, des de minimitzar la pèrdua d'energia fins a allargar el temps d'espera.
Des del llançament dels AirPods d'Apple el 2016, el mercat estèreo sense fil (TWS) ha crescut més d'un 50 per cent anual. Els fabricants d'aquests populars auriculars sense fil estan afegint ràpidament més funcions (cancel·lació de soroll, son i monitorització de la salut) per diferenciar els seus productes, però afegir totes aquestes funcions pot ser difícil des del punt de vista de l'enginyeria de disseny. En aquest article, revisaré aquests reptes.
Repte 1: minimitzar la pèrdua d'energia mitjançant una càrrega eficient
Un repte important amb els auriculars sense fil és aconseguir un temps de reproducció total més llarg quan els auriculars del compartiment de la bateria estan completament carregats. En aquest cas, un temps de reproducció total més llarg es tradueix en el nombre de cicles que una funda pot carregar els auriculars durant tota la seva vida útil. L'objectiu és permetre una càrrega eficient alhora que es minimitza el consum d'energia des de la funda de càrrega fins als auriculars.
La caixa de càrrega emet una tensió de la bateria com a entrada per carregar els auriculars. La solució típica és un convertidor boost amb una sortida fixa de 5 V, que és una solució senzilla però no optimitza l'eficiència de càrrega. Com que les bateries dels auriculars són tan petites, els dissenyadors solen utilitzar carregadors lineals. Quan s'utilitza una entrada fixa de 5 V, l'eficiència de càrrega és molt baixa (aproximadament (V en - 5 ratpenats) / 5 polzades) i produeix una gran caiguda de tensió a la bateria. Connecteu una tensió mitjana de la bateria de ions de liti de 3,6 V (mig descarregada) i l'entrada de 5 V només és eficient al 72 per cent.
Per contra, l'ús d'un convertidor d'augment de sortida ajustable o d'augment de pressió a la caixa de càrrega produeix una tensió només lleugerament per sobre del rang de tensió típic dels auriculars. Això requereix una comunicació de la caixa de càrrega als auriculars, la qual cosa permet que la tensió de sortida de la caixa de càrrega s'ajusti dinàmicament a la bateria dels auriculars a mesura que augmenta la tensió. Això minimitzarà les pèrdues, augmentarà l'eficiència de càrrega i reduirà significativament la calor.
Repte 2: redueix la solució global sense eliminar la funcionalitat
El segon repte és el repte general del disseny de bateries petites: com dissenyar una bateria que sigui de mida petita i de gran funció. La solució senzilla aquí és triar un dispositiu amb components més integrats. Per exemple:
Un carregador lineal d'alt rendiment que integra rails d'alimentació addicionals per alimentar el bloc del sistema principal i és una bona opció per als auriculars sense fil.
Per als mòduls de baixa tensió que consumeixen energia, com ara processadors i mòduls de comunicació sense fil, els carrils d'intercanvi són la millor opció per a l'eficiència.
Per als blocs de sensors que no requereixen molta potència però que necessiten poc soroll, considereu l'ús d'un regulador de baixa baixa.
Si els vostres auriculars sense fil integren sensors frontals analògics per mesurar l'oxigen en sang i la freqüència cardíaca, és possible que també necessiteu un convertidor d'impuls.
Integra rails d'alimentació addicionals al carregador per reduir el seu factor de forma. Tanmateix, sempre hi ha un compromís entre integrar més per a mides més petites i utilitzar circuits integrats (CI) més discrets per a la flexibilitat.
Repte 3: allargar el temps d'espera
El temps d'espera és important perquè els consumidors esperen que els auriculars reprodueixin música fins i tot després de llargs períodes d'inactivitat fora de la caixa de càrrega. Penseu en l'ús de bateries d'ió de liti de densitat d'energia més alta als auriculars, que normalment tenen voltatges més alts, com ara 4,35 volts i 4,4 volts, de manera que es pugui emmagatzemar més energia. Una càrrega completa també augmenta el temps d'espera. Un carregador de bateries amb un corrent de terminació petit i una alta precisió ajudarà a allargar el temps d'espera. Si hi ha un gran canvi en l'especificació del corrent de terminació, és possible que acabeu amb un corrent de terminació més alt, que pot provocar una terminació prematura i una bateria baixa.
Una bateria de 41 mAh va acabar amb 1 mAh enfront de 4 mAh. Si el corrent de terminació nominal d'1 mA varia àmpliament i acaba en 4 mA, la capacitat de la bateria de 2 mAh romandrà sense explotar. Un corrent de terminació més baix i una precisió més alta augmenten la capacitat efectiva de la bateria.
El baix corrent de repòs (IQ) també és important per allargar el temps d'espera en diferents modes de funcionament. Un IC carregador amb una ruta d'alimentació i un corrent de mode d'enviament gairebé nul evitarà que la bateria s'esgoti abans que el producte arribi al consumidor, permetent un ús immediat. La ruta d'alimentació requereix col·locar transistors d'efecte de camp d'òxid metàl·lic i semiconductors entre la bateria i el sistema per gestionar el sistema i els camins de la bateria, respectivament.
Quan els auriculars estan reproduint música o estan al ralentí, el consum actual del sistema ha de ser el més petit possible. Trobar un carregador amb baix també redueixo al mínim la I del sistema. Per exemple, els carregadors de bateries sovint requereixen una xarxa de resistències de coeficient de temperatura negatiu (NTC) per mesurar la temperatura de la bateria.
Algunes solucions del mercat no poden apagar el corrent NTC quan es treballa en mode de bateria. Tenen fuites massa (les fuites poden superar els 200 µ quan la xarxa NTC té 20 kΩ) o requereixen E/S addicionals i les apaguen amb un interruptor.
Repte 4: Disseny de seguretat
Els fabricants de bateries sovint tenen directrius per carregar bateries a diferents temperatures, i les bateries han de romandre dins d'aquestes zones operatives segures durant l'ús. Alguns requereixen un perfil estàndard on la càrrega s'atura fora del límit de temperatura calenta i freda. Per exemple, altres empreses poden requerir informació específica de la Japan Electronics and Information Technology Association. Per complir amb aquests perfils de temperatura, busqueu un perfil amb la programació integrada necessària o alguna programació I twoC. El BQ21061 i el BQ25155 tenen registres per establir la finestra de temperatura i les accions que cal dur a terme dins d'un rang de temperatura específic.
El bloqueig de baixa tensió de la bateria (UVLO) és una altra característica de seguretat que evita que la bateria es descarregui excessivament i, per tant, s'estressi. Una vegada que la tensió de la bateria cau per sota d'un determinat llindar, UVLO talla el camí de descàrrega. Per exemple, per a una bateria Li-Ion carregada a 4,2 V, un llindar de tall comú és de 2,8 V a 3 V.
Repte 5: Assegurar la fiabilitat del sistema
La baixa fiabilitat del sistema va provocar que alguns microprocessadors es quedessin encallats quan l'usuari connectava l'adaptador. Tot i que això és rar, requereix un restabliment de l'alimentació del sistema perquè el microprocessador es pugui reiniciar i tornar a la normalitat. Alguns carregadors de bateries integren un temporitzador de control de restabliment de maquinari que realitza un restabliment de maquinari o un cicle d'engegada (si no) es detecten dues transaccions C en algun moment després que l'usuari hagi connectat l'adaptador. Després d'un restabliment del sistema, la ruta d'alimentació es desconnecta i es torna a connectar a la bateria i al sistema.
De manera similar al temporitzador de control de restabliment de maquinari, el temporitzador de control de programari tradicional també ajuda a millorar la fiabilitat del sistema restablint el registre del carregador al seu valor predeterminat després d'un període sense transaccions a les dues C. Aquest restabliment evita que la bateria es carregui incorrectament quan el microprocessador es troba en un estat defectuós.
Repte 6: Supervisar les millors àrees operatives
El sisè repte és controlar els paràmetres del sistema, que es poden aconseguir de manera eficient mitjançant un convertidor analògic a digital (ADC) d'alta precisió integrat. La mesura de la tensió de la bateria és un bon paràmetre perquè proporciona una representació còmoda, encara que aproximada, de l'estat de càrrega de la bateria. Com a regla general, si l'estat de càrrega requerit pels auriculars sense fil és superior al ±5 per cent .
L'ADC integrat d'alta precisió també us permet controlar i prendre mesures sobre la temperatura de la bateria i la placa durant la càrrega i la descàrrega. Altres paràmetres que el carregador pot controlar inclouen la tensió/corrent d'entrada, la tensió/corrent de càrrega i la tensió del sistema. El comparador integrat també ajuda convenientment a controlar paràmetres específics i enviar interrupcions a l'amfitrió. Si el paràmetre es troba dins del rang normal i el comparador no s'activa, l'amfitrió no ha de llegir constantment el paràmetre d'interès. El BQ25155 és un bon exemple per controlar els paràmetres del sistema, ja que té un ADC i un comparador.
Repte 7: simplificar la connectivitat sense fils
Alguns auriculars sense fil tenen una funció que mostra l'estat de càrrega dels auriculars i la funda de càrrega del telèfon intel·ligent quan els auriculars estan a la caixa de càrrega i la tapa està oberta. Per donar-hi suport, els auriculars han d'informar de l'estat de càrrega tan bon punt es connectin a la funda, encara que la bateria estigui esgotada. El xip principal ha d'estar despert per informar de l'estat de càrrega, de manera que, en aquest cas, la font d'alimentació externa ha d'alimentar els auriculars. Un carregador amb una ruta d'alimentació permet que el sistema obtingui una tensió més alta de la VBU mentre es carrega la bateria a una tensió més baixa.
Diverses funcions del carregador d'auriculars sense fil (com ara el mode d'enviament, el restabliment de l'alimentació del sistema, la bateria UVLO, el corrent de terminal precís i l'informe de l'estat de càrrega instantània) no són possibles sense la capacitat del camí d'alimentació, que requereix que es col·loquin tant la bateria com el sistema A MOSFET. entremig per gestionar el sistema i els camins de la bateria per separat. La figura 5 il·lustra el carregador amb i sense un camí d'alimentació.
Els carregadors lineals i de commutació es poden veure al disseny de la caixa de càrrega en funció de la mida de la bateria i la velocitat de càrrega. Els carregadors de commutació són més eficients i generen menys calor, cosa que és important per a corrents elevats de 700 mA i superiors. Els carregadors de commutació solen incloure una funció d'impuls o seguiment integrada que augmenta la tensió de la bateria i proporciona la tensió d'entrada per carregar els auriculars. Els carregadors lineals també són una bona opció per a caixes de bateries de baix nivell de corrent, ja que ofereixen un baix cost i un baix coeficient intel·lectual.
Els audiòfons recarregables presenten reptes de disseny similars. Normalment són més petits que els auriculars, de manera que són invisibles i, per tant, requereixen més integració de potència en una àrea més petita. També requereixen rails d'alimentació de baix soroll, inclosa una topologia de condensador commutada, per a una claredat d'àudio superior.