Làm cách nào để thiết kế chân sạc Pogo cho Tai nghe TWS?
Tai nghe Bluetooth không dây TWS là một trong những sản phẩm đeo thông minh được các bạn nam, nữ và trẻ em ưa chuộng trong những năm gần đây. Nó nhỏ và tinh tế, dễ sạc và có nhiều hình dạng khác nhau. Nó có thể được sạc bằng cách đặt nó vào ngăn sạc. Một trong những thành phần cốt lõi trong ngăn sạc tai nghe Bluetooth TWS là chân cắm pogopin. Tai nghe TWS có thể được sạc thông qua tiếp xúc giữa đầu nữ của chốt pogo và đầu nam trong ngăn sạc. 80% các thương hiệu trên thị trường chọn sử dụng ghim pogo.
Hộp sạc tai nghe TWS là một tình huống sạc không dây công suất thấp lý tưởng. Tai nghe Bluetooth không dây TWS hỗ trợ sạc không dây có mô-đun nhận sạc không dây tích hợp trong hộp sạc, mô-đun này có thể được đặt trên bộ sạc không dây để sạc như điện thoại di động sạc không dây, thực hiện sạc không dây. Chức năng "không dây thực sự" của Bluetooth cộng với sạc không dây mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn và được coi là hình thức cuối cùng của tai nghe Bluetooth không dây thực sự TWS.
Hiện nay tai nghe TWS được chia thành loại bán trong tai với tay cầm dài và hình dạng hạt đậu ốc tai trong thiết kế của đầu tai nghe. Hình dáng tai nghe tương đối hạn chế nên thiết kế củ sạc trở thành điểm đột phá. Hình ảnh đúng. Ngăn sạc đã có một chút đổi mới, sử dụng quy trình ép phun hai màu, bề ngoài tối và trong suốt, thiết kế họa tiết bên trong và màn hình hiển thị nguồn, tạo ra cảm giác công nghệ cao, chất lượng cao!
Làm thế nào để vượt qua bảy thách thức thiết kế của tai nghe TWS?
Dưới đây là một số mẹo giúp giải quyết một số thách thức khó khăn nhất trong thiết kế tai nghe TWS, từ giảm thiểu tổn thất điện năng đến kéo dài thời gian chờ.
Kể từ khi phát hành Apple AirPods vào năm 2016, thị trường âm thanh nổi không dây thực sự (TWS) đã tăng hơn 50% hàng năm. Các nhà sản xuất tai nghe không dây phổ biến này đang nhanh chóng bổ sung nhiều tính năng hơn (khử tiếng ồn, theo dõi giấc ngủ và sức khỏe) để tạo sự khác biệt cho sản phẩm của họ, nhưng việc bổ sung tất cả các tính năng này có thể khó khăn từ quan điểm kỹ thuật thiết kế. Trong bài viết này, tôi sẽ xem xét những thách thức này.
Thách thức 1: Giảm thiểu thất thoát điện năng thông qua sạc hiệu quả
Một thách thức lớn với tai nghe không dây là đạt được tổng thời gian phát lại lâu hơn khi tai nghe trong ngăn chứa pin được sạc đầy. Trong trường hợp này, tổng thời gian chơi dài hơn chuyển thành số chu kỳ mà một hộp đựng có thể sạc tai nghe trong suốt thời gian sử dụng. Mục đích là cho phép sạc hiệu quả đồng thời giảm thiểu tiêu thụ điện năng từ hộp sạc đến tai nghe.
Hộp sạc xuất ra điện áp từ pin làm đầu vào để sạc tai nghe. Giải pháp điển hình là bộ chuyển đổi boost với đầu ra 5V cố định, đây là giải pháp đơn giản nhưng không tối ưu hóa hiệu quả sạc. Vì pin earbud rất nhỏ nên các nhà thiết kế thường sử dụng bộ sạc tuyến tính. Khi sử dụng đầu vào 5V cố định, hiệu suất sạc rất thấp - khoảng (V in - 5 dơi) / 5 in - và tạo ra sự sụt giảm điện áp lớn trên pin. Cắm điện áp pin Li-Ion trung bình 3,6V (xả một nửa) và đầu vào 5V chỉ có hiệu suất 72 phần trăm.
Ngược lại, việc sử dụng bộ chuyển đổi tăng cường đầu ra có thể điều chỉnh hoặc bộ chuyển đổi tăng cường trong hộp sạc sẽ tạo ra điện áp chỉ cao hơn một chút so với dải điện áp điển hình của tai nghe nhét tai. Điều này yêu cầu giao tiếp từ hộp sạc đến tai nghe, cho phép điện áp đầu ra của hộp sạc tự động điều chỉnh phù hợp với pin của tai nghe khi điện áp tăng lên. Điều này sẽ giảm thiểu thất thoát, tăng hiệu quả sạc và giảm nhiệt đáng kể.
Thách thức 2: Thu nhỏ giải pháp tổng thể mà không xóa chức năng
Thách thức thứ hai là thách thức chung của thiết kế pin nhỏ - làm thế nào để thiết kế pin vừa có kích thước nhỏ vừa có chức năng lớn. Giải pháp đơn giản ở đây là chọn một thiết bị có nhiều thành phần tích hợp hơn. Ví dụ:
Bộ sạc tuyến tính hiệu suất cao tích hợp đường ray điện bổ sung để cung cấp năng lượng cho khối hệ thống chính và là lựa chọn tốt cho tai nghe không dây.
Đối với các mô-đun điện áp thấp, ngốn điện như bộ vi xử lý và mô-đun giao tiếp không dây, thanh ray hoán đổi là lựa chọn tốt nhất để mang lại hiệu quả.
Đối với các khối cảm biến không yêu cầu nhiều năng lượng nhưng cần độ ồn thấp, hãy xem xét sử dụng bộ điều chỉnh lượng bỏ qua thấp.
Nếu tai nghe không dây của bạn tích hợp các cảm biến tương tự ở mặt trước để đo lượng oxy trong máu và nhịp tim, bạn cũng có thể cần một bộ chuyển đổi tăng cường.
Tích hợp đường ray điện bổ sung vào bộ sạc để làm cho hệ số hình thức của nó nhỏ hơn. Tuy nhiên, luôn có sự đánh đổi giữa việc tích hợp nhiều hơn cho các kích thước nhỏ hơn và sử dụng các mạch tích hợp (IC) rời rạc hơn để tạo sự linh hoạt.
Thử thách 3: Kéo dài thời gian chờ
Thời gian chờ rất quan trọng vì người tiêu dùng mong đợi tai nghe có thể phát nhạc ngay cả sau thời gian dài không hoạt động bên ngoài hộp sạc. Cân nhắc sử dụng pin lithium-ion mật độ năng lượng cao hơn trong tai nghe nhét tai, thường có điện áp cao hơn, chẳng hạn như 4,35 volt và 4,4 volt, để có thể lưu trữ nhiều năng lượng hơn. Sạc đầy cũng làm tăng thời gian chờ. Bộ sạc pin có dòng điện kết thúc nhỏ và độ chính xác cao sẽ giúp kéo dài thời gian chờ. Nếu có sự thay đổi lớn trong thông số kỹ thuật dòng điện kết thúc, bạn có thể kết thúc bằng dòng điện kết thúc cao hơn, điều này có thể dẫn đến kết thúc sớm và pin yếu.
Pin 41mAh kết thúc ở 1mAh so với 4mAh. Nếu dòng điện kết cuối 1mA danh nghĩa thay đổi nhiều và thực sự kết thúc ở mức 4mA, thì dung lượng pin 2mAh sẽ vẫn chưa được khai thác. Dòng kết thúc thấp hơn và độ chính xác cao hơn giúp tăng dung lượng pin hiệu quả.
Dòng điện tĩnh (IQ) thấp cũng rất quan trọng để kéo dài thời gian chờ ở các chế độ hoạt động khác nhau. IC sạc có đường dẫn điện và dòng điện ở chế độ vận chuyển gần bằng không sẽ ngăn không cho pin cạn kiệt trước khi sản phẩm đến tay người tiêu dùng, cho phép sử dụng ngay lập tức. Đường dẫn điện yêu cầu đặt các bóng bán dẫn hiệu ứng trường kim loại-oxit-bán dẫn giữa pin và hệ thống để quản lý hệ thống và đường dẫn pin tương ứng.
Khi tai nghe đang phát nhạc hoặc chạy không tải, mức tiêu thụ hiện tại của hệ thống cần càng nhỏ càng tốt. Tìm một bộ sạc với mức thấp Tôi cũng giảm thiểu I của hệ thống. Ví dụ, bộ sạc pin thường yêu cầu mạng điện trở hệ số nhiệt độ âm (NTC) để đo nhiệt độ pin.
Một số giải pháp trên thị trường không thể tắt dòng NTC khi làm việc ở chế độ pin. Chúng bị rò rỉ quá nhiều (rò rỉ có thể vượt quá 200µ khi mạng NTC có 20 kΩ) hoặc yêu cầu thêm I / O và tắt nó bằng công tắc.
Thử thách 4: Thiết kế bảo mật
Các nhà sản xuất bộ pin thường có hướng dẫn về việc sạc pin ở các nhiệt độ khác nhau và pin phải nằm trong các khu vực hoạt động an toàn này trong quá trình sử dụng. Một số yêu cầu cấu hình tiêu chuẩn trong đó quá trình sạc dừng bên ngoài ranh giới nhiệt độ nóng và lạnh. Ví dụ, các công ty khác có thể yêu cầu thông tin cụ thể từ Hiệp hội Công nghệ Thông tin và Điện tử Nhật Bản. Để tuân thủ các cấu hình nhiệt độ này, hãy tìm một cấu hình có tích hợp sẵn cần thiết hoặc một số khả năng lập trình I haiC. BQ21061 và BQ25155 có các thanh ghi để đặt cửa sổ nhiệt độ và các hành động cần thực hiện trong một phạm vi nhiệt độ cụ thể.
Khóa pin dưới điện áp (UVLO) là một tính năng an toàn khác giúp pin không bị xả quá mức và do đó bị căng thẳng. Khi điện áp của pin giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, UVLO sẽ cắt đường phóng điện. Ví dụ: đối với pin Li-Ion được sạc ở 4,2V, ngưỡng cắt phổ biến là 2,8V đến 3V.
Thách thức 5: Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống
Độ tin cậy của hệ thống thấp khiến một số bộ vi xử lý bị kẹt khi người dùng cắm bộ điều hợp. Mặc dù trường hợp này hiếm xảy ra, nhưng nó yêu cầu thiết lập lại nguồn hệ thống để bộ vi xử lý có thể khởi động lại và trở lại bình thường. Một số bộ sạc pin tích hợp bộ hẹn giờ cơ quan giám sát đặt lại phần cứng thực hiện thiết lập lại phần cứng hoặc chu kỳ nguồn (nếu không) hai giao dịch C được phát hiện sau khi người dùng cắm bộ điều hợp. Sau khi thiết lập lại hệ thống, đường dẫn nguồn sẽ bị ngắt kết nối và kết nối lại với pin và hệ thống.
Tương tự như bộ hẹn giờ cơ quan giám sát đặt lại phần cứng, bộ hẹn giờ cơ quan giám sát phần mềm truyền thống cũng giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống bằng cách đặt lại thanh ghi bộ sạc về giá trị mặc định của nó sau một thời gian không có giao dịch trong haiC. Việc thiết lập lại này ngăn không cho pin được sạc không chính xác khi bộ vi xử lý ở trạng thái bị lỗi.
Thách thức 6: Giám sát các khu vực hoạt động tốt nhất
Thách thức thứ sáu là giám sát các thông số hệ thống, có thể đạt được hiệu quả bằng bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số (ADC) có độ chính xác cao được tích hợp sẵn. Đo điện áp của pin là một thông số tốt vì nó cung cấp một đại diện thuận tiện, mặc dù gần đúng, về trạng thái sạc của pin. Theo quy tắc chung, nếu trạng thái sạc mà tai nghe không dây yêu cầu cao hơn ± 5 phần trăm.
ADC tích hợp có độ chính xác cao cũng cho phép bạn theo dõi và thực hiện hành động về nhiệt độ của pin và bo mạch trong quá trình sạc và xả. Các thông số khác mà bộ sạc có thể theo dõi bao gồm điện áp / dòng điện đầu vào, điện áp / dòng điện sạc và điện áp hệ thống. Bộ so sánh tích hợp cũng giúp theo dõi các thông số cụ thể và gửi ngắt đến máy chủ một cách thuận tiện. Nếu tham số nằm trong phạm vi bình thường và bộ so sánh không được kích hoạt, máy chủ lưu trữ không phải liên tục đọc tham số quan tâm. BQ25155 là một ví dụ điển hình để theo dõi các thông số hệ thống vì nó có bộ so sánh và bộ ADC.
Thách thức 7: Đơn giản hóa kết nối không dây
Một số tai nghe không dây có tính năng hiển thị trạng thái sạc của tai nghe và hộp sạc trên điện thoại thông minh khi tai nghe ở trong hộp sạc và nắp đang mở. Để hỗ trợ điều này, tai nghe phải báo cáo trạng thái sạc ngay khi chúng được cắm vào vỏ, ngay cả khi pin đã cạn. Chip chính phải hoạt động để báo trạng thái sạc, do đó, trong trường hợp này, nguồn điện bên ngoài phải cấp nguồn cho tai nghe. Bộ sạc có đường dẫn điện cho phép hệ thống nhận điện áp cao hơn từ VBU trong khi sạc pin ở điện áp thấp hơn.
Không thể thực hiện được một số tính năng của bộ sạc tai nghe không dây (chẳng hạn như chế độ vận chuyển, đặt lại nguồn điện hệ thống, UVLO pin, dòng điện đầu cuối chính xác và báo cáo trạng thái sạc tức thì) nếu không có khả năng đường dẫn nguồn, điều này yêu cầu cả pin và hệ thống A MOSFET ở giữa để quản lý hệ thống và đường dẫn pin riêng biệt. Hình 5 minh họa bộ sạc có và không có đường dẫn điện.
Bộ sạc chuyển đổi và tuyến tính có thể được nhìn thấy trong thiết kế hộp sạc tùy thuộc vào kích thước pin và tốc độ sạc. Bộ sạc chuyển mạch hiệu quả hơn và tạo ra ít nhiệt hơn, điều này rất quan trọng đối với dòng điện cao từ 700mA trở lên. Bộ sạc chuyển đổi thường đi kèm với chức năng tăng hoặc theo tích hợp giúp tăng điện áp pin và cung cấp điện áp đầu vào để sạc tai nghe. Bộ sạc tuyến tính cũng là một lựa chọn tốt cho các hộp pin mức dòng điện thấp vì chúng cung cấp chi phí thấp và chỉ số thông minh thấp.
Máy trợ thính có thể sạc lại cũng gặp phải những thách thức về thiết kế tương tự. Chúng thường nhỏ hơn tai nghe nhét tai để không thể nhìn thấy và do đó yêu cầu tích hợp nhiều điện năng hơn trong một khu vực nhỏ hơn. Chúng cũng yêu cầu đường ray nguồn có độ ồn thấp, bao gồm cấu trúc liên kết tụ điện chuyển mạch, để có âm thanh rõ ràng vượt trội.