Ako navrhnúť nabíjací kolík Pogo pre slúchadlá TWS?
Bezdrôtová náhlavná súprava Bluetooth TWS je jedným z inteligentných nositeľných produktov, ktoré v posledných rokoch uprednostňujú muži, ženy a deti. Je malý a nádherný, ľahko sa nabíja a má rôzne tvary. Dá sa nabíjať umiestnením do nabíjacej priehradky. Jednou zo základných súčastí nabíjacieho priestoru slúchadiel TWS Bluetooth je pogopin pogo pin. Slúchadlá TWS je možné nabíjať kontaktom medzi samičím koncom kolíka pogo a samčím koncom v nabíjacom priestore. 80 percent značiek na trhu sa rozhodne používať pogo pin.
Nabíjacia skrinka náhlavnej súpravy TWS je ideálnym scenárom bezdrôtového nabíjania s nízkou spotrebou energie. Bezdrôtová náhlavná súprava Bluetooth TWS, ktorá podporuje bezdrôtové nabíjanie, má v nabíjacej skrinke zabudovaný prijímací modul bezdrôtového nabíjania, ktorý možno umiestniť na bezdrôtovú nabíjačku a nabíjať ako mobilný telefón s bezdrôtovým nabíjaním, čím sa realizuje bezdrôtové nabíjanie. „Skutočne bezdrôtová“ funkcia Bluetooth plus bezdrôtové nabíjanie má lepšiu používateľskú skúsenosť a považuje sa za dokonalú formu skutočnej bezdrôtovej Bluetooth náhlavnej súpravy TWS.
Slúchadlá TWS sú teraz zhruba rozdelené na typy semi-in-ear s dlhými rúčkami a tvarmi fazuľových výhonkov kochleárneho typu v dizajne hlavy slúchadiel. Tvar slúchadiel je pomerne obmedzený, preto sa dizajn nabíjania a nabíjania stal prelomovým bodom. Obrázok je správny Nabíjací priestor urobil malú inováciu pomocou dvojfarebného procesu vstrekovania, tmavého a priehľadného vzhľadu a dizajnu vnútornej textúry a s displejom napájania, ktorý vytvára pocit vysokej kvality a high-tech!
Ako prekonať sedem dizajnových výziev slúchadiel TWS?
Tu je niekoľko tipov, ktoré vám pomôžu vyriešiť niektoré z najťažších výziev v dizajne slúchadiel TWS, od minimalizácie straty energie až po predĺženie pohotovostného režimu.
Od uvedenia slúchadiel Apple AirPods v roku 2016 narástol trh so skutočným bezdrôtovým stereom (TWS) o viac ako 50 percent ročne. Výrobcovia týchto populárnych bezdrôtových slúchadiel rýchlo pridávajú ďalšie funkcie (potlačenie hluku, spánok a monitorovanie zdravia), aby odlíšili svoje produkty, ale pridanie všetkých týchto funkcií môže byť zložité z hľadiska dizajnu. V tomto článku sa budem zaoberať týmito výzvami.
Výzva 1: Minimalizujte stratu energie pomocou efektívneho nabíjania
Hlavnou výzvou bezdrôtových slúchadiel je dosiahnutie dlhšieho celkového času prehrávania, keď sú slúchadlá v priestore pre batérie plne nabité. V tomto prípade sa dlhší celkový čas prehrávania premieta do počtu cyklov, počas ktorých môže puzdro nabíjať slúchadlá počas celej ich životnosti. Cieľom je umožniť efektívne nabíjanie a zároveň minimalizovať spotrebu energie z nabíjacieho puzdra do slúchadiel.
Nabíjacie puzdro vydáva napätie z batérie ako vstup na nabíjanie slúchadiel. Typickým riešením je boost konvertor s pevným výstupom 5V, ktorý je jednoduchým riešením, ale neoptimalizuje účinnosť nabíjania. Keďže batérie do slúchadiel sú také malé, dizajnéri často používajú lineárne nabíjačky. Pri použití pevného 5V vstupu je účinnosť nabíjania veľmi nízka – približne (V v - 5 netopieroch) / 5 palcov – a spôsobuje veľký pokles napätia na batérii. Zapojte priemerné napätie 3,6 V Li-Ion batérie (napoly vybitú) a vstup 5 V je účinný len na 72 percent.
Naopak, použitie zosilňovača s nastaviteľným výstupom alebo konvertora buck-boost v nabíjacom puzdre vytvára napätie len mierne nad typickým rozsahom napätia slúchadiel. To si vyžaduje komunikáciu z nabíjacieho puzdra do slúchadiel, čo umožňuje, aby sa výstupné napätie nabíjacieho puzdra dynamicky prispôsobovalo batérii slúchadiel so zvyšujúcim sa napätím. Tým sa minimalizujú straty, zvýši sa účinnosť nabíjania a výrazne sa zníži teplo.
Výzva 2: Znížte celkové riešenie bez odstránenia funkčnosti
Druhou výzvou je všeobecná výzva dizajnu malých batérií – ako navrhnúť batériu, ktorá má malú veľkosť aj veľkú funkciu. Jednoduchým riešením je vybrať si zariadenie s viacerými integrovanými komponentmi. Napr.:
Vysokovýkonná lineárna nabíjačka, ktorá integruje ďalšie napájacie koľajnice na napájanie hlavného bloku systému a je dobrou voľbou pre bezdrôtové slúchadlá.
Pre nízkonapäťové moduly náročné na energiu, ako sú procesory a moduly bezdrôtovej komunikácie, sú výmenné koľajnice tou najlepšou voľbou pre efektívnosť.
Pre senzorové bloky, ktoré nevyžadujú veľa energie, ale potrebujú nízku hlučnosť, zvážte použitie regulátora s nízkym výpadkom.
Ak vaše bezdrôtové slúchadlá obsahujú analógové predné senzory na meranie kyslíka v krvi a srdcovej frekvencie, možno budete potrebovať aj zosilňovač.
Integrujte do nabíjačky ďalšie napájacie koľajnice, aby sa zmenšil jej tvarový faktor. Vždy však existuje kompromis medzi integráciou väčšieho množstva pre menšie veľkosti a používaním diskrétnejších integrovaných obvodov (IC) pre flexibilitu.
Výzva 3: Predĺžte pohotovostný čas
Pohotovostný režim je dôležitý, pretože spotrebitelia očakávajú, že slúchadlá budú prehrávať hudbu aj po dlhých obdobiach nečinnosti mimo nabíjacieho puzdra. Zvážte použitie lítium-iónových batérií s vyššou hustotou energie v slúchadlách, ktoré majú zvyčajne vyššie napätie, napríklad 4,35 voltu a 4,4 voltu, aby bolo možné uložiť viac energie. Úplné nabitie tiež predlžuje pohotovostný čas. Nabíjačka batérií s malým ukončovacím prúdom a vysokou presnosťou pomôže predĺžiť pohotovostný čas. Ak dôjde k veľkej zmene v špecifikácii ukončovacieho prúdu, môžete skončiť s vyšším ukončovacím prúdom, čo môže viesť k predčasnému ukončeniu a vybitiu batérie.
41mAh batéria skončila na 1mAh oproti 4mAh. Ak sa nominálny ukončovací prúd 1 mA značne líši a skutočne končí pri 4 mA, kapacita batérie 2 mAh zostane nevyužitá. Nižší ukončovací prúd a vyššia presnosť zvyšujú efektívnu kapacitu batérie.
Nízky pokojový prúd (IQ) je tiež dôležitý na predĺženie pohotovostného času v rôznych prevádzkových režimoch. Integrovaný obvod nabíjačky s napájacou cestou a takmer nulovým prúdom v lodnom režime zabráni vybitiu batérie skôr, ako sa produkt dostane k spotrebiteľovi, čo umožní okamžité použitie. Napájacia cesta vyžaduje umiestnenie tranzistorov s kovovým oxidom a polovodičovým poľom medzi batériu a systém na riadenie systému a dráh batérie.
Keď slúchadlá prehrávajú hudbu alebo sú v nečinnosti, musí byť aktuálna spotreba systému čo najmenšia. Nájdenie nabíjačky s nízkou Aj minimalizovať I systému. Napríklad nabíjačky batérií často vyžadujú sieť odporov so záporným teplotným koeficientom (NTC) na meranie teploty batérie.
Niektoré riešenia na trhu nedokážu vypnúť NTC prúd pri práci v režime batérie. Buď unikajú príliš veľa (únik môže presiahnuť 200 µ, keď má sieť NTC 20 kΩ), alebo vyžadujú extra I/O a vypnite ho prepínačom.
Výzva 4: Návrh zabezpečenia
Výrobcovia batérií majú často pokyny na nabíjanie batérií pri rôznych teplotách a batérie musia počas používania zostať v týchto bezpečných prevádzkových oblastiach. Niektoré vyžadujú štandardný profil, kde sa nabíjanie zastaví mimo hranice horúcej a studenej teploty. Iné spoločnosti môžu napríklad vyžadovať špecifické informácie od Japonskej asociácie elektroniky a informačných technológií. Aby ste vyhoveli týmto teplotným profilom, hľadajte profil s potrebnou vstavanou alebo nejakou I twoC programovateľnosťou. BQ21061 a BQ25155 majú registre na nastavenie teplotného okna a akcií, ktoré sa majú vykonať v rámci špecifického teplotného rozsahu.
Blokovanie podpätia batérie (UVLO) je ďalším bezpečnostným prvkom, ktorý zabraňuje nadmernému vybitiu batérie a tým jej namáhaniu. Keď napätie batérie klesne pod určitú hranicu, UVLO preruší vybíjaciu dráhu. Napríklad pre Li-Ion batériu nabitú na 4,2 V je bežný limit 2,8 V až 3 V.
Výzva 5: Zabezpečenie spoľahlivosti systému
Nízka spoľahlivosť systému spôsobila, že sa niektoré mikroprocesory zasekli, keď používateľ zapojil adaptér. Aj keď je to zriedkavé, vyžaduje si to reštartovanie napájania systému, aby sa mikroprocesor mohol reštartovať a vrátiť sa do normálu. Niektoré nabíjačky batérií integrujú časovač resetovania hardvéru, ktorý vykoná hardvérový reset alebo cyklus napájania (ak nie), dve transakcie C sa zistia niekedy po pripojení adaptéra používateľom. Po reštarte systému sa napájacia cesta odpojí a znova pripojí k batérii a systému.
Podobne ako pri hardvérovom resetovaní watchdog timer, aj tradičný softvérový watchdog timer pomáha zlepšiť spoľahlivosť systému tým, že resetuje register nabíjačky na predvolenú hodnotu po období bez transakcií v twoC. Tento reset zabraňuje nesprávnemu nabitiu batérie, keď je mikroprocesor v chybnom stave.
Výzva 6: Monitorujte najlepšie prevádzkové oblasti
Šiestou výzvou je monitorovanie systémových parametrov, ktoré možno efektívne dosiahnuť pomocou vstavaného vysoko presného analógovo-digitálneho prevodníka (ADC). Meranie napätia batérie je dobrý parameter, pretože poskytuje pohodlné, aj keď približné zobrazenie stavu nabitia batérie. Spravidla, ak je stav nabitia vyžadovaný bezdrôtovou náhlavnou súpravou vyšší ako ±5 percent.
Vysoko presný vstavaný ADC vám tiež umožňuje monitorovať teplotu batérie a dosky počas nabíjania a vybíjania. Ďalšie parametre, ktoré môže nabíjačka monitorovať, zahŕňajú vstupné napätie/prúd, nabíjacie napätie/prúd a systémové napätie. Vstavaný komparátor tiež pohodlne pomáha monitorovať špecifické parametre a odosielať prerušenia hostiteľovi. Ak je parameter v normálnom rozsahu a komparátor nie je spustený, hostiteľ nemusí neustále čítať požadovaný parameter. BQ25155 je dobrým príkladom na monitorovanie systémových parametrov, pretože má ADC a komparátor.
Výzva 7: Zjednodušte bezdrôtové pripojenie
Niektoré bezdrôtové slúchadlá majú funkciu, ktorá zobrazuje stav nabíjania slúchadiel a nabíjacieho puzdra na smartfóne, keď sú slúchadlá v nabíjacom puzdre a je otvorený kryt. Aby ste to podporili, slúchadlá musia hlásiť stav nabitia hneď po ich zasunutí do puzdra, a to aj v prípade, že je batéria vybitá. Hlavný čip musí byť prebudený, aby mohol hlásiť stav nabíjania, takže v tomto prípade musí slúchadlá napájať externý zdroj napájania. Nabíjačka s napájacou cestou umožňuje systému získať vyššie napätie z VBU a zároveň nabíjať batériu pri nižšom napätí.
Niekoľko funkcií bezdrôtovej nabíjačky slúchadiel (ako je lodný režim, resetovanie napájania systému, UVLO batérie, presný terminálny prúd a okamžité hlásenie stavu nabitia) nie je možné bez možnosti napájacej cesty, ktorá vyžaduje umiestnenie batérie aj MOSFET systému A. medzi nimi, aby ste mohli samostatne spravovať cesty systému a batérie. Obrázok 5 zobrazuje nabíjačku s napájacou cestou a bez nej.
Spínacie a lineárne nabíjačky je možné vidieť v prevedení nabíjacieho puzdra v závislosti od veľkosti batérie a rýchlosti nabíjania. Spínané nabíjačky sú efektívnejšie a generujú menej tepla, čo je dôležité pre vysoké prúdy 700 mA a vyššie. Prepínacie nabíjačky sa zvyčajne dodávajú s integrovanou funkciou boost alebo follow, ktorá zvyšuje napätie batérie a poskytuje vstupné napätie na nabíjanie slúchadiel. Lineárne nabíjačky sú tiež dobrou voľbou pre nízkoprúdové batérie, pretože ponúkajú nízke náklady a nízke IQ.
Nabíjateľné načúvacie prístroje predstavujú podobné konštrukčné výzvy. Zvyčajne sú menšie ako slúchadlá do uší, takže sú neviditeľné, a preto vyžadujú väčšiu integráciu energie na menšej ploche. Vyžadujú tiež nízkošumové napájacie koľajnice vrátane topológie spínaného kondenzátora pre vynikajúcu čistotu zvuku.