Bagaimana cara mendesain pin Pogo pengisian daya untuk TWS Earbuds?
Headset Bluetooth Nirkabel TWS merupakan salah satu produk smart wearable yang digemari oleh pria, wanita, dan anak-anak dalam beberapa tahun terakhir. Ini kecil dan indah, mudah diisi, dan memiliki bentuk yang berbeda. Itu dapat diisi dengan menempatkannya di kompartemen pengisian. Salah satu komponen inti di kompartemen pengisian daya headset Bluetooth TWS adalah pin pogopin pogo. Earphone TWS dapat diisi daya melalui kontak antara ujung betina pin pogo dan ujung jantan di kompartemen pengisian daya. 80 persen brand yang ada di pasaran memilih menggunakan pogo pin.
Kotak pengisian daya headset TWS adalah skenario pengisian daya nirkabel berdaya rendah yang ideal. Headset Bluetooth nirkabel TWS yang mendukung pengisian daya nirkabel memiliki modul penerima pengisian daya nirkabel di dalam kotak pengisian daya, yang dapat ditempatkan pada pengisi daya nirkabel untuk pengisian daya seperti ponsel pengisian daya nirkabel, mewujudkan pengisian daya nirkabel. Fungsi "benar-benar nirkabel" dari Bluetooth plus pengisian daya nirkabel memiliki pengalaman pengguna yang lebih baik dan dianggap sebagai bentuk akhir dari headset Bluetooth nirkabel sejati TWS.
Sekarang earphone TWS secara kasar dibagi menjadi tipe semi-in-ear dengan gagang panjang dan bentuk tauge tipe koklea dalam desain kepala headphone. Bentuk earphone relatif terbatas, sehingga desain charging dan charging menjadi titik terobosan. Gambarnya benar Kompartemen pengisian daya telah membuat sedikit inovasi, menggunakan proses pencetakan injeksi dua warna, tampilan gelap dan transparan, dan desain tekstur internal, dan dengan tampilan daya, menciptakan perasaan teknologi tinggi berkualitas tinggi!
Bagaimana Mengatasi Tujuh Tantangan Desain Headphone TWS?
Berikut adalah beberapa tips untuk membantu memecahkan beberapa tantangan terberat dalam desain headphone TWS, mulai dari meminimalkan kehilangan daya hingga memperpanjang waktu siaga.
Sejak Apple AirPods dirilis pada 2016, pasar true wireless stereo (TWS) telah tumbuh lebih dari 50 persen setiap tahunnya. Pembuat earphone nirkabel populer ini dengan cepat menambahkan lebih banyak fitur (pembatalan kebisingan, tidur, dan pemantauan kesehatan) untuk membedakan produk mereka, tetapi menambahkan semua fitur ini bisa jadi sulit dari sudut pandang rekayasa desain. Pada artikel ini, saya akan mengulas tantangan tersebut.
Tantangan 1: Meminimalkan kehilangan daya melalui pengisian daya yang efisien
Tantangan utama dengan earphone nirkabel adalah mencapai total waktu pemutaran yang lebih lama saat earbud di kompartemen baterai terisi penuh. Dalam hal ini, total waktu bermain yang lebih lama berarti jumlah siklus yang dapat diisi daya oleh kasing selama masa pakainya. Tujuannya adalah untuk memungkinkan pengisian daya yang efisien sambil meminimalkan konsumsi daya dari kasing pengisi daya ke earbud.
Kasing pengisi daya mengeluarkan tegangan dari baterai sebagai masukan untuk mengisi daya earbud. Solusi tipikal adalah konverter boost dengan output 5V tetap, yang merupakan solusi sederhana tetapi tidak mengoptimalkan efisiensi pengisian daya. Karena baterai earbud sangat kecil, desainer sering menggunakan pengisi daya linier. Saat menggunakan input 5V tetap, efisiensi pengisian sangat rendah - sekitar (V dalam - 5 kelelawar) / 5 in - dan menghasilkan penurunan tegangan yang besar pada baterai. Colokkan tegangan baterai Li-Ion 3.6V rata-rata (setengah habis) dan input 5V hanya 72 persen efisien.
Sebaliknya, menggunakan boost output yang dapat disesuaikan atau konverter buck-boost dalam wadah pengisi daya menghasilkan tegangan hanya sedikit di atas kisaran tegangan tipikal earbud. Hal ini memerlukan komunikasi dari casing pengisi daya ke earbud, yang memungkinkan tegangan output casing pengisi daya untuk menyesuaikan secara dinamis dengan baterai earbud saat voltase meningkat. Ini akan meminimalkan kerugian, meningkatkan efisiensi pengisian, dan secara signifikan mengurangi panas.
Tantangan 2: Memperkecil solusi keseluruhan tanpa menghapus fungsionalitas
Tantangan kedua adalah tantangan umum dari desain baterai kecil - bagaimana merancang baterai yang berukuran kecil dan berfungsi besar. Solusi sederhana di sini adalah memilih perangkat dengan komponen yang lebih terintegrasi. Misalnya:
Pengisi daya linier berkinerja tinggi yang mengintegrasikan rel daya tambahan untuk memberi daya pada blok sistem utama dan merupakan pilihan yang baik untuk headphone nirkabel.
Untuk modul tegangan rendah yang haus daya seperti prosesor dan modul komunikasi nirkabel, rel swap adalah pilihan terbaik untuk efisiensi.
Untuk blok sensor yang tidak membutuhkan banyak daya tetapi membutuhkan kebisingan yang rendah, pertimbangkan untuk menggunakan regulator putus-putus rendah.
Jika headphone nirkabel Anda mengintegrasikan sensor front-end analog untuk mengukur oksigen darah dan detak jantung, Anda mungkin juga memerlukan konverter boost.
Integrasikan rel daya tambahan ke pengisi daya untuk membuat faktor bentuknya lebih kecil. Namun, selalu ada trade-off antara mengintegrasikan lebih banyak untuk ukuran yang lebih kecil dan menggunakan sirkuit terintegrasi (IC) yang lebih diskrit untuk fleksibilitas.
Tantangan 3: Perpanjang waktu siaga
Waktu siaga penting karena konsumen mengharapkan headphone untuk memutar musik bahkan setelah lama tidak aktif di luar casing pengisi daya. Pertimbangkan untuk menggunakan baterai lithium-ion dengan kepadatan energi yang lebih tinggi di earbud, yang biasanya memiliki voltase lebih tinggi, seperti 4,35 volt dan 4,4 volt, sehingga lebih banyak energi yang dapat disimpan. Pengisian penuh juga meningkatkan waktu siaga. Pengisi daya baterai yang menampilkan arus pemutusan arus kecil dan akurasi tinggi akan membantu memperpanjang waktu siaga. Jika ada perubahan besar dalam spesifikasi arus terminasi, Anda mungkin berakhir dengan arus terminasi yang lebih tinggi, yang dapat menyebabkan terminasi dini dan baterai rendah.
Baterai 41mAh diakhiri pada 1mAh versus 4mAh. Jika arus pemutusan nominal 1mA sangat bervariasi dan benar-benar berakhir pada 4mA, kapasitas baterai 2mAh akan tetap tidak terpakai. Arus terminasi yang lebih rendah dan akurasi yang lebih tinggi meningkatkan kapasitas baterai yang efektif.
Arus diam (IQ) rendah juga penting untuk memperpanjang waktu siaga dalam mode pengoperasian yang berbeda. IC pengisi daya dengan jalur daya dan arus mode pengiriman mendekati nol akan mencegah baterai terkuras sebelum produk mencapai konsumen, memungkinkan penggunaan langsung. Jalur daya memerlukan penempatan transistor efek medan logam-oksida-semikonduktor antara baterai dan sistem untuk mengelola sistem dan jalur baterai, masing-masing.
Saat earbud memutar musik atau idle, konsumsi sistem saat ini harus sekecil mungkin. Menemukan pengisi daya dengan rendah Saya juga meminimalkan I dari sistem. Misalnya, pengisi daya baterai sering memerlukan jaringan resistor koefisien suhu negatif (NTC) untuk mengukur suhu baterai.
Beberapa solusi di pasaran tidak dapat mematikan arus NTC saat bekerja dalam mode baterai. Mereka terlalu banyak bocor (kebocoran dapat melebihi 200µ ketika jaringan NTC memiliki 20 kΩ) atau memerlukan I/O tambahan dan mematikannya dengan sakelar.
Tantangan 4: Desain Keamanan
Pabrikan kemasan baterai sering kali memiliki pedoman untuk mengisi baterai pada suhu yang berbeda, dan baterai harus tetap berada dalam area pengoperasian yang aman ini selama penggunaan. Beberapa memerlukan profil standar di mana pengisian berhenti di luar batas suhu panas dan dingin. Misalnya, perusahaan lain mungkin memerlukan informasi spesifik dari Asosiasi Elektronik dan Teknologi Informasi Jepang. Untuk mematuhi profil suhu ini, cari profil dengan kemampuan program built-in atau I twoC yang diperlukan. BQ21061 dan BQ25155 memiliki register untuk mengatur jendela suhu dan tindakan yang harus diambil dalam kisaran suhu tertentu.
Baterai Undervoltage lockout (UVLO) adalah fitur keamanan lain yang mencegah baterai dari kelebihan daya dan dengan demikian stres. Setelah tegangan baterai turun di bawah ambang batas tertentu, UVLO memotong jalur pelepasan. Misalnya, untuk baterai Li-Ion yang diisi pada 4.2V, ambang batas yang umum adalah 2.8V hingga 3V.
Tantangan 5: Memastikan Keandalan Sistem
Keandalan sistem yang rendah menyebabkan beberapa mikroprosesor macet saat pengguna mencolokkan adaptor. Meskipun hal ini jarang terjadi, hal ini memerlukan pengaturan ulang daya sistem agar mikroprosesor dapat dihidupkan ulang dan kembali normal. Beberapa pengisi daya baterai mengintegrasikan pengatur waktu penyetelan ulang perangkat keras yang melakukan penyetelan ulang perangkat keras atau siklus daya (jika tidak) dua transaksi C terdeteksi beberapa saat setelah adaptor dicolokkan oleh pengguna. Setelah sistem diatur ulang, jalur daya diputus dan disambungkan kembali ke baterai dan sistem.
Serupa dengan pengatur waktu penyetelan ulang perangkat keras, pengatur waktu pengawas perangkat lunak tradisional juga membantu meningkatkan keandalan sistem dengan mengatur ulang register pengisi daya ke nilai defaultnya setelah periode tidak ada transaksi di duaC. Reset ini mencegah baterai diisi secara tidak benar ketika mikroprosesor dalam keadaan rusak.
Tantangan 6: Memantau Area Operasi Terbaik
Tantangan keenam adalah memantau parameter sistem, yang dapat dicapai secara efisien dengan konverter analog-ke-digital (ADC) built-in berpresisi tinggi. Mengukur tegangan baterai adalah parameter yang baik karena memberikan representasi yang nyaman, meskipun perkiraan, tentang status pengisian baterai. Sebagai patokan, jika status pengisian daya yang dibutuhkan oleh headset nirkabel lebih tinggi dari ±5 persen .
ADC built-in dengan akurasi tinggi juga memungkinkan Anda untuk memantau dan mengambil tindakan pada suhu baterai dan papan selama pengisian dan pemakaian. Parameter lain yang dapat dipantau oleh pengisi daya termasuk tegangan/arus input, tegangan/arus pengisian, dan tegangan sistem. Komparator internal juga dengan mudah membantu memantau parameter tertentu dan mengirim interupsi ke host. Jika parameter berada dalam kisaran normal dan komparator tidak dipicu, host tidak harus terus-menerus membaca parameter yang diinginkan. BQ25155 adalah contoh yang baik untuk memantau parameter sistem karena memiliki ADC dan pembanding.
Tantangan 7: Sederhanakan konektivitas nirkabel
Beberapa earphone nirkabel memiliki fitur yang menampilkan status pengisian daya earphone dan casing pengisi daya pada smartphone saat earphone berada dalam casing pengisi daya dan tutupnya terbuka. Untuk mendukung ini, earphone harus melaporkan status pengisian daya segera setelah dicolokkan ke kasing, meskipun baterai habis. Chip utama harus aktif untuk melaporkan status pengisian daya, jadi dalam hal ini, sumber daya eksternal harus memberi daya pada earbud. Pengisi daya dengan jalur daya memungkinkan sistem mendapatkan tegangan yang lebih tinggi dari VBU saat mengisi daya baterai pada tegangan yang lebih rendah.
Beberapa fitur pengisi daya headphone nirkabel (seperti mode kapal, reset daya sistem, UVLO baterai, arus terminal yang akurat, dan pelaporan status pengisian daya instan) tidak dapat dilakukan tanpa kemampuan jalur daya, yang memerlukan baterai dan sistem A MOSFET untuk ditempatkan di antara untuk mengelola sistem dan jalur baterai secara terpisah. Gambar 5 mengilustrasikan pengisi daya dengan dan tanpa jalur daya.
Pengalihan dan pengisi daya linier dapat dilihat pada desain casing pengisi daya tergantung pada ukuran baterai dan kecepatan pengisian daya. Pengalih pengisi daya lebih efisien dan menghasilkan lebih sedikit panas, yang penting untuk arus tinggi 700mA ke atas. Pengalih pengisi daya biasanya dilengkapi dengan fungsi boost atau follow terintegrasi yang meningkatkan voltase baterai dan menyediakan voltase input untuk mengisi daya earbud. Pengisi daya linier juga merupakan pilihan yang baik untuk kotak baterai tingkat rendah saat ini karena menawarkan biaya rendah dan IQ rendah.
Alat bantu dengar isi ulang menghadirkan tantangan desain yang serupa. Mereka biasanya lebih kecil dari earbud sehingga tidak terlihat dan oleh karena itu membutuhkan lebih banyak integrasi daya di area yang lebih kecil. Mereka juga membutuhkan rel daya dengan kebisingan rendah, termasuk topologi kapasitor yang diaktifkan, untuk kejernihan audio yang superior.