Как да проектирам щифт Pogo за зареждане за TWS слушалки?
Безжичните Bluetooth слушалки TWS са един от интелигентните носими продукти, предпочитани от мъже, жени и деца през последните години. Той е малък и изискан, лесен за зареждане и има различни форми. Може да се зарежда, като се постави в отделението за зареждане. Един от основните компоненти в отделението за зареждане на Bluetooth слушалки TWS е pogopin pogo pin. TWS слушалките могат да се зареждат чрез контакт между женския край на пого щифта и мъжкия край в отделението за зареждане. 80 процента от марките на пазара избират да използват пого иглата.
Кутията за зареждане на слушалки TWS е идеален сценарий за безжично зареждане с ниска мощност. Безжичните Bluetooth слушалки TWS, които поддържат безжично зареждане, имат вграден модул за приемане на безжично зареждане в кутията за зареждане, който може да бъде поставен върху безжичното зарядно устройство за зареждане като мобилен телефон с безжично зареждане, реализирайки безжично зареждане. Функцията „наистина безжична“ на Bluetooth плюс безжично зареждане има по-добро потребителско изживяване и се счита за най-добрата форма на истински безжични Bluetooth слушалки TWS.
Сега TWS слушалките са грубо разделени на типове полу-в ушите с дълги дръжки и форми на зърна от кохлеарен тип в дизайна на главата на слушалките. Формата на слушалките е сравнително ограничена, така че дизайнът на зареждането и зареждането се превърна в точка на пробив. Картината е правилна Отделението за зареждане е направило малка иновация, използвайки двуцветен процес на шприцоване, тъмен и прозрачен външен вид и вътрешен текстурен дизайн, както и с дисплея за мощност, създавайки висококачествено, високотехнологично усещане!
Как да преодолеем седемте предизвикателства при дизайна на TWS слушалките?
Ето някои съвети, които да помогнат за решаването на някои от най-трудните предизвикателства при дизайна на TWS слушалките, от минимизиране на загубата на мощност до удължаване на времето в режим на готовност.
От пускането на Apple AirPods през 2016 г. пазарът на истински безжични стерео (TWS) нараства с повече от 50 процента годишно. Създателите на тези популярни безжични слушалки бързо добавят повече функции (шумопотискане, сън и наблюдение на здравето), за да разграничат своите продукти, но добавянето на всички тези функции може да бъде трудно от гледна точка на инженерния дизайн. В тази статия ще прегледам тези предизвикателства.
Предизвикателство 1: Минимизиране на загубата на мощност чрез ефективно зареждане
Основно предизвикателство при безжичните слушалки е постигането на по-дълго общо време за възпроизвеждане, когато слушалките в отделението за батерии са напълно заредени. В този случай по-дългото общо време за възпроизвеждане се изразява в броя цикли, в които кутията може да зареди слушалките през целия им живот. Целта е да се даде възможност за ефективно зареждане, като същевременно се минимизира консумацията на енергия от кутията за зареждане до слушалките.
Калъфът за зареждане извежда напрежение от батерията като вход за зареждане на слушалките. Типичното решение е усилващ преобразувател с фиксиран изход от 5 V, което е просто решение, но не оптимизира ефективността на зареждане. Тъй като батериите за слушалки са толкова малки, дизайнерите често използват линейни зарядни устройства. Когато използвате фиксиран 5V вход, ефективността на зареждане е много ниска - около (V в - 5 прилепа) / 5 in - и води до голям спад на напрежението на батерията. Включете средно напрежение на литиево-йонна батерия от 3,6 V (наполовина разредена) и входът от 5 V е само 72 процента ефективен.
Обратно, използването на усилващ преобразувател с регулируема изходна мощност или долно-усилващ преобразувател в кутията за зареждане произвежда напрежение само малко над типичния диапазон на напрежение на слушалките. Това изисква комуникация от кутията за зареждане към слушалките, което позволява изходното напрежение на кутията за зареждане да се адаптира динамично към батерията на слушалките с увеличаване на напрежението. Това ще минимизира загубите, ще увеличи ефективността на зареждане и значително ще намали топлината.
Предизвикателство 2: Намалете цялостното решение, без да премахвате функционалност
Второто предизвикателство е общото предизвикателство на дизайна на малки батерии - как да проектирате батерия, която е едновременно малка по размер и голяма по функция. Простото решение тук е да изберете устройство с повече интегрирани компоненти. например:
Високоефективно линейно зарядно устройство, което интегрира допълнителни захранващи шини за захранване на основния системен блок и е добър избор за безжични слушалки.
За енергоемки модули с ниско напрежение, като процесори и безжични комуникационни модули, сменяемите шини са най-добрият избор за ефективност.
За сензорни блокове, които не изискват много енергия, но се нуждаят от нисък шум, обмислете използването на регулатор с ниско отпадане.
Ако вашите безжични слушалки интегрират аналогови предни сензори за измерване на кислорода в кръвта и сърдечната честота, може да се нуждаете и от усилващ преобразувател.
Интегрирайте допълнителни захранващи шини в зарядното устройство, за да направите форм-фактора му по-малък. Винаги обаче има компромис между интегрирането на повече за по-малки размери и използването на по-дискретни интегрални схеми (IC) за гъвкавост.
Предизвикателство 3: Удължете времето в режим на готовност
Времето в режим на готовност е важно, защото потребителите очакват слушалките да възпроизвеждат музика дори след дълги периоди на бездействие извън кутията за зареждане. Обмислете използването на литиево-йонни батерии с по-висока енергийна плътност в слушалките, които обикновено имат по-високи напрежения, като 4,35 волта и 4,4 волта, така че да може да се съхранява повече енергия. Пълното зареждане също увеличава времето в режим на готовност. Зарядно устройство за батерии с малък терминиращ ток и висока точност ще помогне за удължаване на времето в режим на готовност. Ако има голяма промяна в спецификацията на терминиращия ток, може да получите по-висок терминиращ ток, което може да доведе до преждевременно прекъсване и изтощена батерия.
Батерия от 41 mAh, завършена на 1 mAh срещу 4 mAh. Ако номиналният терминиращ ток от 1mA варира в широки граници и действително завършва при 4mA, капацитетът на батерията от 2mAh ще остане неизползван. По-нисък терминиращ ток и по-висока точност увеличават ефективния капацитет на батерията.
Ниският ток на покой (IQ) също е важен за удължаване на времето на готовност в различни режими на работа. IC за зарядно устройство със захранващ път и почти нулев ток в корабен режим ще предотврати изтощаването на батерията, преди продуктът да достигне до потребителя, което позволява незабавна употреба. Захранващият път изисква поставяне на полеви транзистори метал-оксид-полупроводник между батерията и системата, за да се управлява съответно системата и пътищата на батерията.
Когато слушалките възпроизвеждат музика или не работят, текущата консумация на системата трябва да бъде възможно най-малка. Намирането на зарядно устройство с ниско I също минимизира I на системата. Например зарядните устройства за батерии често изискват резисторна мрежа с отрицателен температурен коефициент (NTC) за измерване на температурата на батерията.
Някои решения на пазара не могат да изключат NTC тока, когато работят в режим на батерия. Те или пропускат твърде много (течът може да надхвърли 200µ, когато NTC мрежата има 20 kΩ), или изискват допълнителен I/O и го изключете с превключвател.
Предизвикателство 4: Дизайн на сигурността
Производителите на батерии често имат насоки за зареждане на батерии при различни температури и батериите трябва да останат в тези безопасни работни зони по време на употреба. Някои изискват стандартен профил, при който зареждането спира извън границата на гореща и студена температура. Например, други компании може да изискват специфична информация от Японската асоциация за електроника и информационни технологии. За да се съобразите с тези температурни профили, потърсете профил с необходимата вградена или някаква I twoC програмируемост. BQ21061 и BQ25155 имат регистри за задаване на температурния прозорец и действията, които трябва да бъдат предприети в определен температурен диапазон.
Блокирането при понижено напрежение на батерията (UVLO) е друга функция за безопасност, която предотвратява прекомерното разреждане на батерията и по този начин напрежение. След като напрежението на батерията падне под определен праг, UVLO прекъсва пътя на разреждане. Например, за литиево-йонна батерия, заредена при 4,2 V, общият праг на прекъсване е 2,8 V до 3 V.
Предизвикателство 5: Осигуряване на надеждност на системата
Ниската надеждност на системата доведе до блокиране на някои микропроцесори, когато потребителят включи адаптера. Въпреки че това е рядко, изисква нулиране на захранването на системата, така че микропроцесорът да може да се рестартира и да се върне към нормалното. Някои зарядни устройства за батерии интегрират таймер за наблюдение на хардуерно нулиране, който извършва хардуерно нулиране или цикъл на захранване (ако не) две C транзакции се откриват след като адаптерът е включен от потребителя. След нулиране на системата захранващият път се изключва и се свързва отново към батерията и системата.
Подобно на таймера за наблюдение на хардуерното нулиране, традиционният таймер за наблюдение на софтуера също помага за подобряване на надеждността на системата чрез нулиране на регистъра на зарядното устройство към стойността му по подразбиране след период на липса на транзакции в twoC. Това нулиране предотвратява неправилното зареждане на батерията, когато микропроцесорът е в дефектно състояние.
Предизвикателство 6: Наблюдавайте най-добрите работни зони
Шестото предизвикателство е да се наблюдават параметрите на системата, което може да бъде ефективно постигнато чрез вграден високопрецизен аналогово-цифров преобразувател (ADC). Измерването на напрежението на батерията е добър параметър, тъй като осигурява удобно, макар и приблизително представяне на състоянието на зареждане на батерията. Като правило, ако състоянието на зареждане, изисквано от безжичните слушалки, е по-високо от ±5 процента .
Вграденият ADC с висока точност също ви позволява да наблюдавате и да предприемате действия относно температурата на батерията и платката по време на зареждане и разреждане. Други параметри, които зарядното устройство може да следи, включват входно напрежение/ток, напрежение/ток на зареждане и системно напрежение. Вграденият компаратор също така удобно помага да се наблюдават специфични параметри и да се изпращат прекъсвания към хоста. Ако параметърът е в нормалния диапазон и компараторът не е задействан, хостът не трябва постоянно да чете параметъра, който представлява интерес. BQ25155 е добър пример за наблюдение на системните параметри, тъй като има ADC и компаратор.
Предизвикателство 7: Опростете безжичната връзка
Някои безжични слушалки имат функция, която показва състоянието на зареждане на слушалките и кутията за зареждане на смартфона, когато слушалките са в кутията за зареждане и капакът е отворен. За да поддържат това, слушалките трябва да отчитат състоянието на зареждане веднага щом бъдат включени в кутията, дори ако батерията е изтощена. Основният чип трябва да е буден, за да отчете състоянието на зареждане, така че в този случай външният източник на захранване трябва да захранва слушалките. Зарядно устройство със захранващ път позволява на системата да получава по-високо напрежение от VBU, докато зарежда батерията при по-ниско напрежение.
Няколко функции на безжичното зарядно устройство за слушалки (като корабен режим, нулиране на захранването на системата, UVLO на батерията, точен ток на клемите и незабавно отчитане на състоянието на зареждане) не са възможни без възможност за захранващ път, което изисква поставяне на батерия и системен MOSFET между тях, за да управлявате отделно системата и пътищата на батерията. Фигура 5 илюстрира зарядното устройство със и без захранващ канал.
Превключващите и линейните зарядни устройства могат да се видят в дизайна на кутията за зареждане в зависимост от размера на батерията и скоростта на зареждане. Превключващите зарядни устройства са по-ефективни и генерират по-малко топлина, което е важно за високи токове от 700mA и повече. Превключващите зарядни устройства обикновено идват с интегрирана функция за усилване или проследяване, която повишава напрежението на батерията и осигурява входното напрежение за зареждане на слушалките. Линейните зарядни устройства също са добър избор за батерийни кутии с ниско ниво на ток, тъй като предлагат ниска цена и нисък IQ.
Презареждаемите слухови апарати представляват подобни предизвикателства при дизайна. Те обикновено са по-малки от тапите за уши, така че да са невидими и следователно изискват повече интегриране на мощност в по-малка площ. Те също така изискват захранващи шини с нисък шум, включително топология с комутируем кондензатор, за превъзходна чистота на звука.