2024年3月14日发(作者：析飞绿)
TWS
蓝牙耳机多功能充电仓的综合设计
林俊盛
1
,
黄悦
2
(
深圳英集芯科技股份有限公司
,
深圳
5
深圳英集芯科技股份有限公司珠海分公司
)
1.18000
;
2.
摘要
:
为实现
TWS
蓝牙耳机充电仓的充电
、
放电
、
通信
、
主控一体化设计
,
缩小
P
设计了一款充电仓控制
CB
板的面积
,
系统
。
采用可编程电源管理
S
针对内嵌台湾络达
、
台湾瑞昱
、
杰理
、
中科蓝讯蓝牙芯片耳机的交互
oCIP5516
作为主控
,
需求
,
通过构建相关的通信辅助电路
、
耳机睡眠阻抗匹配电路
、
霍尔检测电路
、
锂电保护电路
、
显示电路以及编写对应的
软件
,
实现了仓线性降压充电
、
仓对耳机同步整流升压放电
、
仓向耳机单向通信且同步进入
μ
A
级低功耗模式等功能
。
关键词
:
低功耗模式
;
锂电保护
;
单向通信
IP5516
;
中图分类号
:
TN409
;
TN86
文献标识码
:
A
DesinofMulti-functionalCharinaseforTWSBluetoothEarbuds
ggg
C
,,
smallersizewithmorefunctionsandless
p
rmoreextraboostconverterchibuds
p
luedindetectioncircuit
ppgg
,
dwithexistinircuitsthemainadvantaeofthe
p
rintedcircuitboardassemblsits
gpg
c
gy
i
:
Ac
,,,
Abstract
harinasecontrolsstemwithcharindischarincommunicatinandcontrollerfunctionsinteratedintoonechiis
gg
c
yggggggp
(,,;,)
en518000
,
Branch
jgy
C
jgy
C
2
LinJunshenHuanue
g
,
g
Y
1
,
5516isadotedasthemaincontrollertomeettheneedsoflinearreularsnchro-
pgy
,,
comatibow
p
owerconsumtionmodecan
pp
o
gy
o
p
beachievedin
μ
Alevel.
,,,
nousrectifiedboostconvertercommuemis
gpy
a
y
m
gy
:;;
Kewords
IP5516
;
low-owerconsumtionmodelithium-ioncellrotectionsinle-mastercommunication
pppg
y
0
引
言
充电的普及让更多的设计者把无线充电接收电路也一同
随着手机逐渐取消
3.5mm
音频接口以及苹果
Air-
)
蓝牙耳机风靡
ods
的热卖
,
TWS
(
TrueWirelessStereo
p
全球
,
市场需求迎来井喷式的增长
。
TWS
耳机完全去除
加入耳机仓
。
新电路的持续增加让追求更小型便携的耳
机仓设计充满挑战
。
此外
,
很多充电仓的电路还无法准确
检测到耳机充饱的状态
,
因此采用
5V
持续开启或每次开
了物理线
,
在体积
、
功能多样性
、
使用体验等方面相比传统
[
1
]
的耳机具有很大的优势
。
在需
TWS
耳机内部自带电池
,
启若干小时的做法会导致仓续航能力下降
。
充电仓的电
路板层数增加
,
元器件增多
,
功耗高
,
设计难度
、
制造成本
、
检修难度上升
,
是现阶段亟待优化的问题
。
本文设计的充电仓
,
旨在保证总体设计性能的前提下
,
集成充电
、
升压
、
耳机放入拿出检测电路
,
去除控制
5V
输出
要充电时
,
由配套的充电仓为耳机充电
。
压芯片实现
,
5V
为常开模式
。
这种做法只能实现简单的
充电功能
,
需要再额外增加开关盖检测电路以及耳机放入
拿开检测电路才能指示充电仓盖子与耳机的变化状态
。
由于苹果手机率先支持显示耳机提供的仓和耳机的电量
信息
,
仓与耳机的通信应运而生
。
使用原有的电路频繁开
关
5V
升压芯片进行通信
,
信号的上升沿
、
下降沿时间可
早期的充电仓通常由主控芯片搭配充电芯片
、
5V
升
的
MO
简化
P
提高产线检修产品的效率
。
同
S
管
,
CB
板设计
,
时
,
通过精准检测耳机已经被充饱的状态
,
提供相应的信号
控制耳机和仓一同进入低功耗模式
,
从而提升仓和耳机的续
航能力
,
解决存储或运输过程电量损耗严重的问题
。
能过长
,
导致误码
,
因此需要在升压芯片的输出端加
同时增加电荷
PMOS
和
NMOS
控制
5V
的输出和关断
,
泄放电路避免耳机端的电容影响通信
。
进一步
,
Qi
无线
1
硬件设计
1.1
系统结构设计
本设计采用
IP5516
可编程电源
SoC
芯片作为系统的
8 8
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2021
年第
4
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
主控
,
结合仓充电输入模块
、
锂电池保护模块
、
辅助通信电
荷泄放模块
、
开关盖霍尔信号检测模块
、
睡眠阻抗匹配模
块以及单节
3
构成整个硬
00mAH
聚合物锂电池等电路
,
[
3
]
拉到地通知供电设备负载接入
。
目前许多支持
TeC
yp
充电的适配器同时也支持多种快充协议
,
为避免适配器在
接入的瞬间提供了不正确的充电电压造成可靠性问题
,
在
耐压
4
响应时间小于
1
μ
0V
、
s
的
6.1V
过压保护芯片
[
4
]
()
防止
E
故障的发生
。
HCP4803
,
OSElecticalOverStress
件系统
。
其中芯片
IP5516
集成了线性充电模块
、
5V
升
压模块和耳机状态检测模块
。
整个系统的设计框架如
图
1
所示
。
电源输入端增加用于吸收瞬态浪涌电流的
T
和
VS
管
D8
,
压
VIN5V
连接到芯片
IP5516
的
VIN
引脚
,
IP5516
经过
HCP4803
输出的电
检测到
VIN
引脚有电压输入
之后
,
可开启内部的线性充电
电路对仓的电池进行充电
。
当仓的电池电压小于
3.0V
时
,
线性充电电路自动启用涓
流充电模式
;
当电池电压大于
启
3.0V
但未达到恒压点时
,
用程序配置的恒流值进行充
电
;
当电池电压达到恒压点
时
,
进行恒压充电
。
VIN
引脚
耐压
12V
且有
ADC
检测功
能
,
程序可通过测量输入的电
压
、
电流以及电池的电压进行
充电过压
、
充电欠压
、
充饱的
指示与控制
。
图
1
充电仓总体设计框架
1.3
耳机充电与通信电
路设计
机放电电路如图
3
所示
。
仓通过放电电路提供
5V
电压
1.2
仓充电电路设计
仓充电输入电路如图
2
所示
。
本设计选用
USB
具有支持正反插拔
、
坚
TeC
作为充电仓的充电接口
,
yp
固耐用
、
应用范围广的特点
。
TeC
设备通过
CC1
、
yp
充电仓锂电保护和对耳
)
和
UCC2
线进行
DFP
(
DownstreamFacinortFP
(
U-
g
P
p
)
的区分以及充电参数的确认
。
本充电
streamFacinort
g
P
仓的
T
即作为
eC
接口仅用于接收外部提供的电源
,
yp
所以
CUFP
,
C1
、
CC2
经过
R2=5.1kΩ
、
R22=5.1kΩ
下
H
的电感
L1
连接
IP5516
的
LX
引脚
,
F1
在电池发生短
μ
路且锂电保护芯片不能正常响应时
,
进一步提供保护
。
IP5516
芯片内部
LX
引脚与
VOUT
引脚之间是同步整流
然后由
VOUT2.2
μ
H
的电感进行充放电实现
5V
升压
,
给耳机充电
。
电池的正极经过可恢复保险丝
F1
和
2.2
升压电路
,
该电路采用
1.5MHz
的开关频率控制电池对
引脚输出给左右耳机的正极触点
。
左
耳机的负极触点连接
IP5516
的
PH1
引脚
,
右耳机的负极触点可连接
PH2
开关
,
可实现耳机充电回路的开启与
关断
。
通过控制升压电路的开与关
,
从
图
2
仓充电输入电路
引脚
,
PH1
、
PH2
引脚内部带有
MOS
可实现仓向耳机的
V5V
组合
,
BUS
VOUT
引脚输出一定脉宽的
0V
与
敬请登录网站在线投稿
()
g
2021
年第
4
期
8 9
1.5
开盖关盖检测电路
开盖
、
关盖动作的检测
,
采用
单
N
极霍尔器件
CC6211ST
实现
,
霍尔检测的方式比机械弹针的方
式更加稳定
、
抗振动
,
且拥有更长
的使用寿命
。
开关盖的检测结果
用于唤醒系统
、
触发显示
、
通信以
及特殊功能的执行等
。
霍尔器件
图
3
充电仓锂电保护和对耳机放电电路
由电池端供电
,
并串接
51Ω
限流
单向通信
,
传递充电仓盖子变化信息
、
电量信息
、
休眠信号
等
。
VOUT
引脚与耳机的正极触点均接有
μ
F
数量级的
滤波电容
,
会影响通信过程信号的下降沿
。
VOUT
引脚
输出
0V
时
,
把
N
可以泄放滤波电容上的电
1MOS
打开
,
荷
,
缩短下降沿的时间
,
调整
R20
、
R21
的大小可调整泄放
当盖子合下时
,
磁铁
N
极
EN
引脚
,
),
在霍尔器件的正上方
,
磁通量增加并超过工作点
(
Bo
p
霍尔器件输出低电平
;
当盖子打开时
,
磁通量减小且低于
),
释放点
(
霍尔器件关断
,
维持高电平
。
Br
p
电阻
,
霍尔的输出连接
IP5516
的
电流的大小
。
升压电路与主控均为
I
把
NP5516
,
1MOS
关闭
,
内部升压使能信号发出后
,
5V
升压电路可立即启
动
,
相比外置升压电路的控制方法缩短了使能信号滤波时
间
。
由于负载能力足
,
可达到与外接
PMOS
管关断后再
开通
5V
操作相似的上升沿时间
。
1.6
锂电保护电路
锂电保护电路可及时对锂电池过流
、
短路
、
过充电
、
过
放电
、
温度异常等问题进行处理
,
延长锂电池的使用寿命
。
IP5516
内部硬件电路可自动实现过流与短路的可恢复保
外置负温度系数热敏电阻阻值的变化则是
IP5516
进行过
温保护的依据
。
为进一步提高锂电保护的可靠性
,
采用
在重大异常
IP3012
锂保芯片提供实时纯硬件级的保护
,
出现时
,
对充放电环路进行切断
。
无源元件保险丝
F1
则
是过流保护的最后一道防线
。
护
,
同时通过程序可进行过充电
、
过放电的软件级保护
。
1.4
耳机在仓状态检测与睡眠控制电路设计
仓的放电电路同时辅助实现耳机放入
、
拿出
、
耳机充
饱检测
。
耳机没在仓时
,
PH
引脚的电压为
0
,
MOS
为关
闭状态
。
当耳机放入后
,
再
VOUT
引脚的电压经过耳机
,
经过连接
P
下拉
H
的睡眠阻抗匹配电阻
R17
、
R18
到地
,
电阻上产生超过
0.
触发
I3V
的压降
,
P5516
耳机放入信
,
号
,
程序可开启
P
开始对耳机放电
。
H
引脚内部的
MOS
当耳机拿出时
,
触发耳机拿出信
PH
引脚检测到电流为
0
,
,
号
,
程序可关闭
P
等待下一次耳机放
H
引脚内部的
MOS
入检测
。
若
PH
引脚检测到耳机电流小于程序设定的阈
值
(
例如耳机电池容量的
0.
且在
MO1C
)
S
关闭时
PH
引
脚的电压不为
0
,
判定耳机充饱
。
仓识别到左
、
右耳机均已充饱后
,
可提供休眠信号给
耳机
,
令其与仓同步进入低功耗休眠状态
,
从而延长仓和
电池电压
、
对
0V
、
5V
、
2.4V
电压
4
种基本的休眠信号
,
这些信号进行组合
,
结合睡眠阻抗匹配电阻
R
可
17
、
R18
,
2
软件设计
读取仓的电池电量信息作为充
、
放电管理以及进入低功耗
模式的一种依据
。
之后判断当前是否有充电输入
,
若有则
执行具有过压
、
过充
、
过流
、
充电电流调节
、
充饱判断等功
能的充电管理模块
。
接着执行有过放
、
短路
、
VOUT
输出
电压控制等功能的放电管理模块
。
其他控制的功能还有
温度保护
、
开关盖的霍尔信号处理
、
耳机状态解析
、
剩余电
量估算以及显示的控制
。
当仓低电量或耳机已充饱
,
并且
仓没有充电接入时
,
提供进入低功耗模式的信号给耳机
,
然后进入低功耗模式
。
当有按键
、
霍尔信号变化或充电接
入时
,
系统唤醒并从系统初始化部分开始执行程序
。
充电仓系统主控流程图如图
4
所示
。
系统初始化后
耳机的续航能力
。
通过放电电路可发送通信数据
,
提供
据不同耳机进行具体选值
,
进而在放电电路关闭
PH
耳机与电阻对
2.
当
MOS
并提供
2.4V
后
,
4V
进行分压
,
以使耳机顺利进入低功耗模式
。
R17
、
R18
的阻值需要根
耳机识别到自身处于特定的电压区域时进入低功耗模式
。
仓低功耗模式的解除
,
可以通过按键
、
插入充电
、
开关盖变
化或重新放入耳机且放入耳机后在
R17
或
R18
上的电压
超过
0.3V
实现
。
3
系统测试结果与分析
3.1
基本功能测试
的偏差为
±
恒压阶段满充电压为
±
电池电压
25mA
,
20mV
;
对仓进行充电
,
恒流阶段与设定电流值
(
200~500mA
)
9 0
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2021
年第
4
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
为
3.8V
时
,
5V
升压带
90%
以上
,
纹波小于
载
150mA
的放电效率在
从
1k
确认合适的睡眠匹配电
R18
,
Ω
电阻档位开始调整
,
阻值
。
络达芯片的耳机
,
在通信成功后的
0V
环境进入低
功耗
,
无需耳机放入唤醒系统
,
不需要匹配电阻
;
瑞昱的耳
,
机充饱之后需要维持
5V
(
不小于
4V
)
使用
1kΩ
的电阻
耳机的放入与
150mV
,
拿出状态可以被正常检
测
。
经实测
,
盖子状态变
化检测
、
过流
、
过压
、
过
充
、
过放
、
短路保护等功
能有效
。
电池处于充电
45℃
则进入过温保护状
既可令耳机电压大于
4.
又能满足唤醒的需求
;
中科
5V
,
可满足进入低功耗模式以及唤醒的需求
。
33kΩ
和
55kΩ
,
蓝讯和杰理的耳机在
5V
转
2.
分别调整阻值至
4V
之后
,
其中
,
实测瑞昱的耳机在充饱后需要经过
2
分钟或更长的
时间才会进入低功耗模式
。
表
1
仓电池电压
3.7V
的待机功耗测试结果
耳机主控
络达
AB153x
睡眠匹配
电阻
/
kΩ
无要求
33
56
1
休眠电压
/
V
通信
→0
5→2.4
5→2.4
5
仓功耗
/
A
μ
28
76
40
68
状态的温度
<4
超过
5℃
,
3.2
充电仓与耳机
通信测试
AB153x
系列蓝牙芯片的
耳机进行通信功能的测
试
,
在仓对耳机放电的过
程中发送
Chareroff
关
g
采用内置络达
态
,
符合
IEC62368
标准
。
中科蓝讯
AB5376
杰理
AC6936
瑞昱
RTL8763
4
结
语
图
4
软件流程图
7
]
,
之后
VOUT
机指令
[
电路进行整体分析
,
并对仓充电
、
放电
、
通信
、
保护
、
耳机以
及盖子状态检测各个模块电路进行了设计
,
完成了一款体
积小
、
元器件少
、
功耗低
、
可靠性高的多功能充电仓
。
本设
计为后续进一步在有限的空间实现充电仓和耳机双向通
信功能以及加入无线充电等模块奠定了基础
。
参考文献
[]
李晋
.
)]
真无线立体声
(
耳机产业
[
办公自动化
,
1TWSJ.2019
,
本文首先对基于
IP5516
电源
SoC
芯片的耳机充电仓
波形中的上
2
个耳机端的滤波电容为
2.2
μ
F
的环境下
,
向耳机提供低电平
。
实测在
VOUT
电容
CP2
为
4.7
μ
F
,
[
7
]
,,
升沿时间为
5
下降沿时间为
4
均小于
1m80
μ
s60
μ
ss
。
耳机可以正常解析到指令
,
并进入关机状态
。
通信波形如
图
5
所示
。
[]
英集芯科技有限公司
.
,
2IP5516Datasheet2019.
():
24221619.
[]
salSerialBusTeCCa-
pyp
[]
明柏集成电路有限公司
.
,
4HCP4803Datasheet2019.
,
bleandConnectorSecification2017.
p
[]
英集芯科技有限公司
.
,
5IP3012Datasheet2017.
[],
6211Datasheet2019.
p
M
y
图
5
仓与耳机通信波形
[
7
]
GenerationSmartCharer
gy
C
pg
,
Casedesin2019.
g
3.3
待机功耗测试
对采用络达
、
瑞昱
、
中科蓝讯
、
杰理的芯片作为主控的
蓝牙耳机进行睡眠功耗的测试
,
测试结果如表
1
所列
。
耳
机充饱后充电电流小于
4mA
,
仓可以顺利检测到耳机充
,
林俊盛
(
助理工程师
)
主要从事嵌入式系统及应用
、
开关电源与线
,
性电源控制的研究
;
黄悦
(
初级工程师
)
主要从事嵌入式系统控制
、
仪器控制自动化的研究
。
通信作者
:
林俊盛
,
ensenln@
。
jy
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2021-01-12
饱并提供耳机进入休眠的环境
。
之后用电阻箱接在
R17
、
敬请登录网站在线投稿
()
g
2021
年第
4
期
9 1
2024年3月14日发(作者：析飞绿)
TWS
蓝牙耳机多功能充电仓的综合设计
林俊盛
1
,
黄悦
2
(
深圳英集芯科技股份有限公司
,
深圳
5
深圳英集芯科技股份有限公司珠海分公司
)
1.18000
;
2.
摘要
:
为实现
TWS
蓝牙耳机充电仓的充电
、
放电
、
通信
、
主控一体化设计
,
缩小
P
设计了一款充电仓控制
CB
板的面积
,
系统
。
采用可编程电源管理
S
针对内嵌台湾络达
、
台湾瑞昱
、
杰理
、
中科蓝讯蓝牙芯片耳机的交互
oCIP5516
作为主控
,
需求
,
通过构建相关的通信辅助电路
、
耳机睡眠阻抗匹配电路
、
霍尔检测电路
、
锂电保护电路
、
显示电路以及编写对应的
软件
,
实现了仓线性降压充电
、
仓对耳机同步整流升压放电
、
仓向耳机单向通信且同步进入
μ
A
级低功耗模式等功能
。
关键词
:
低功耗模式
;
锂电保护
;
单向通信
IP5516
;
中图分类号
:
TN409
;
TN86
文献标识码
:
A
DesinofMulti-functionalCharinaseforTWSBluetoothEarbuds
ggg
C
,,
smallersizewithmorefunctionsandless
p
rmoreextraboostconverterchibuds
p
luedindetectioncircuit
ppgg
,
dwithexistinircuitsthemainadvantaeofthe
p
rintedcircuitboardassemblsits
gpg
c
gy
i
:
Ac
,,,
Abstract
harinasecontrolsstemwithcharindischarincommunicatinandcontrollerfunctionsinteratedintoonechiis
gg
c
yggggggp
(,,;,)
en518000
,
Branch
jgy
C
jgy
C
2
LinJunshenHuanue
g
,
g
Y
1
,
5516isadotedasthemaincontrollertomeettheneedsoflinearreularsnchro-
pgy
,,
comatibow
p
owerconsumtionmodecan
pp
o
gy
o
p
beachievedin
μ
Alevel.
,,,
nousrectifiedboostconvertercommuemis
gpy
a
y
m
gy
:;;
Kewords
IP5516
;
low-owerconsumtionmodelithium-ioncellrotectionsinle-mastercommunication
pppg
y
0
引
言
充电的普及让更多的设计者把无线充电接收电路也一同
随着手机逐渐取消
3.5mm
音频接口以及苹果
Air-
)
蓝牙耳机风靡
ods
的热卖
,
TWS
(
TrueWirelessStereo
p
全球
,
市场需求迎来井喷式的增长
。
TWS
耳机完全去除
加入耳机仓
。
新电路的持续增加让追求更小型便携的耳
机仓设计充满挑战
。
此外
,
很多充电仓的电路还无法准确
检测到耳机充饱的状态
,
因此采用
5V
持续开启或每次开
了物理线
,
在体积
、
功能多样性
、
使用体验等方面相比传统
[
1
]
的耳机具有很大的优势
。
在需
TWS
耳机内部自带电池
,
启若干小时的做法会导致仓续航能力下降
。
充电仓的电
路板层数增加
,
元器件增多
,
功耗高
,
设计难度
、
制造成本
、
检修难度上升
,
是现阶段亟待优化的问题
。
本文设计的充电仓
,
旨在保证总体设计性能的前提下
,
集成充电
、
升压
、
耳机放入拿出检测电路
,
去除控制
5V
输出
要充电时
,
由配套的充电仓为耳机充电
。
压芯片实现
,
5V
为常开模式
。
这种做法只能实现简单的
充电功能
,
需要再额外增加开关盖检测电路以及耳机放入
拿开检测电路才能指示充电仓盖子与耳机的变化状态
。
由于苹果手机率先支持显示耳机提供的仓和耳机的电量
信息
,
仓与耳机的通信应运而生
。
使用原有的电路频繁开
关
5V
升压芯片进行通信
,
信号的上升沿
、
下降沿时间可
早期的充电仓通常由主控芯片搭配充电芯片
、
5V
升
的
MO
简化
P
提高产线检修产品的效率
。
同
S
管
,
CB
板设计
,
时
,
通过精准检测耳机已经被充饱的状态
,
提供相应的信号
控制耳机和仓一同进入低功耗模式
,
从而提升仓和耳机的续
航能力
,
解决存储或运输过程电量损耗严重的问题
。
能过长
,
导致误码
,
因此需要在升压芯片的输出端加
同时增加电荷
PMOS
和
NMOS
控制
5V
的输出和关断
,
泄放电路避免耳机端的电容影响通信
。
进一步
,
Qi
无线
1
硬件设计
1.1
系统结构设计
本设计采用
IP5516
可编程电源
SoC
芯片作为系统的
8 8
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2021
年第
4
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
主控
,
结合仓充电输入模块
、
锂电池保护模块
、
辅助通信电
荷泄放模块
、
开关盖霍尔信号检测模块
、
睡眠阻抗匹配模
块以及单节
3
构成整个硬
00mAH
聚合物锂电池等电路
,
[
3
]
拉到地通知供电设备负载接入
。
目前许多支持
TeC
yp
充电的适配器同时也支持多种快充协议
,
为避免适配器在
接入的瞬间提供了不正确的充电电压造成可靠性问题
,
在
耐压
4
响应时间小于
1
μ
0V
、
s
的
6.1V
过压保护芯片
[
4
]
()
防止
E
故障的发生
。
HCP4803
,
OSElecticalOverStress
件系统
。
其中芯片
IP5516
集成了线性充电模块
、
5V
升
压模块和耳机状态检测模块
。
整个系统的设计框架如
图
1
所示
。
电源输入端增加用于吸收瞬态浪涌电流的
T
和
VS
管
D8
,
压
VIN5V
连接到芯片
IP5516
的
VIN
引脚
,
IP5516
经过
HCP4803
输出的电
检测到
VIN
引脚有电压输入
之后
,
可开启内部的线性充电
电路对仓的电池进行充电
。
当仓的电池电压小于
3.0V
时
,
线性充电电路自动启用涓
流充电模式
;
当电池电压大于
启
3.0V
但未达到恒压点时
,
用程序配置的恒流值进行充
电
;
当电池电压达到恒压点
时
,
进行恒压充电
。
VIN
引脚
耐压
12V
且有
ADC
检测功
能
,
程序可通过测量输入的电
压
、
电流以及电池的电压进行
充电过压
、
充电欠压
、
充饱的
指示与控制
。
图
1
充电仓总体设计框架
1.3
耳机充电与通信电
路设计
机放电电路如图
3
所示
。
仓通过放电电路提供
5V
电压
1.2
仓充电电路设计
仓充电输入电路如图
2
所示
。
本设计选用
USB
具有支持正反插拔
、
坚
TeC
作为充电仓的充电接口
,
yp
固耐用
、
应用范围广的特点
。
TeC
设备通过
CC1
、
yp
充电仓锂电保护和对耳
)
和
UCC2
线进行
DFP
(
DownstreamFacinortFP
(
U-
g
P
p
)
的区分以及充电参数的确认
。
本充电
streamFacinort
g
P
仓的
T
即作为
eC
接口仅用于接收外部提供的电源
,
yp
所以
CUFP
,
C1
、
CC2
经过
R2=5.1kΩ
、
R22=5.1kΩ
下
H
的电感
L1
连接
IP5516
的
LX
引脚
,
F1
在电池发生短
μ
路且锂电保护芯片不能正常响应时
,
进一步提供保护
。
IP5516
芯片内部
LX
引脚与
VOUT
引脚之间是同步整流
然后由
VOUT2.2
μ
H
的电感进行充放电实现
5V
升压
,
给耳机充电
。
电池的正极经过可恢复保险丝
F1
和
2.2
升压电路
,
该电路采用
1.5MHz
的开关频率控制电池对
引脚输出给左右耳机的正极触点
。
左
耳机的负极触点连接
IP5516
的
PH1
引脚
,
右耳机的负极触点可连接
PH2
开关
,
可实现耳机充电回路的开启与
关断
。
通过控制升压电路的开与关
,
从
图
2
仓充电输入电路
引脚
,
PH1
、
PH2
引脚内部带有
MOS
可实现仓向耳机的
V5V
组合
,
BUS
VOUT
引脚输出一定脉宽的
0V
与
敬请登录网站在线投稿
()
g
2021
年第
4
期
8 9
1.5
开盖关盖检测电路
开盖
、
关盖动作的检测
,
采用
单
N
极霍尔器件
CC6211ST
实现
,
霍尔检测的方式比机械弹针的方
式更加稳定
、
抗振动
,
且拥有更长
的使用寿命
。
开关盖的检测结果
用于唤醒系统
、
触发显示
、
通信以
及特殊功能的执行等
。
霍尔器件
图
3
充电仓锂电保护和对耳机放电电路
由电池端供电
,
并串接
51Ω
限流
单向通信
,
传递充电仓盖子变化信息
、
电量信息
、
休眠信号
等
。
VOUT
引脚与耳机的正极触点均接有
μ
F
数量级的
滤波电容
,
会影响通信过程信号的下降沿
。
VOUT
引脚
输出
0V
时
,
把
N
可以泄放滤波电容上的电
1MOS
打开
,
荷
,
缩短下降沿的时间
,
调整
R20
、
R21
的大小可调整泄放
当盖子合下时
,
磁铁
N
极
EN
引脚
,
),
在霍尔器件的正上方
,
磁通量增加并超过工作点
(
Bo
p
霍尔器件输出低电平
;
当盖子打开时
,
磁通量减小且低于
),
释放点
(
霍尔器件关断
,
维持高电平
。
Br
p
电阻
,
霍尔的输出连接
IP5516
的
电流的大小
。
升压电路与主控均为
I
把
NP5516
,
1MOS
关闭
,
内部升压使能信号发出后
,
5V
升压电路可立即启
动
,
相比外置升压电路的控制方法缩短了使能信号滤波时
间
。
由于负载能力足
,
可达到与外接
PMOS
管关断后再
开通
5V
操作相似的上升沿时间
。
1.6
锂电保护电路
锂电保护电路可及时对锂电池过流
、
短路
、
过充电
、
过
放电
、
温度异常等问题进行处理
,
延长锂电池的使用寿命
。
IP5516
内部硬件电路可自动实现过流与短路的可恢复保
外置负温度系数热敏电阻阻值的变化则是
IP5516
进行过
温保护的依据
。
为进一步提高锂电保护的可靠性
,
采用
在重大异常
IP3012
锂保芯片提供实时纯硬件级的保护
,
出现时
,
对充放电环路进行切断
。
无源元件保险丝
F1
则
是过流保护的最后一道防线
。
护
,
同时通过程序可进行过充电
、
过放电的软件级保护
。
1.4
耳机在仓状态检测与睡眠控制电路设计
仓的放电电路同时辅助实现耳机放入
、
拿出
、
耳机充
饱检测
。
耳机没在仓时
,
PH
引脚的电压为
0
,
MOS
为关
闭状态
。
当耳机放入后
,
再
VOUT
引脚的电压经过耳机
,
经过连接
P
下拉
H
的睡眠阻抗匹配电阻
R17
、
R18
到地
,
电阻上产生超过
0.
触发
I3V
的压降
,
P5516
耳机放入信
,
号
,
程序可开启
P
开始对耳机放电
。
H
引脚内部的
MOS
当耳机拿出时
,
触发耳机拿出信
PH
引脚检测到电流为
0
,
,
号
,
程序可关闭
P
等待下一次耳机放
H
引脚内部的
MOS
入检测
。
若
PH
引脚检测到耳机电流小于程序设定的阈
值
(
例如耳机电池容量的
0.
且在
MO1C
)
S
关闭时
PH
引
脚的电压不为
0
,
判定耳机充饱
。
仓识别到左
、
右耳机均已充饱后
,
可提供休眠信号给
耳机
,
令其与仓同步进入低功耗休眠状态
,
从而延长仓和
电池电压
、
对
0V
、
5V
、
2.4V
电压
4
种基本的休眠信号
,
这些信号进行组合
,
结合睡眠阻抗匹配电阻
R
可
17
、
R18
,
2
软件设计
读取仓的电池电量信息作为充
、
放电管理以及进入低功耗
模式的一种依据
。
之后判断当前是否有充电输入
,
若有则
执行具有过压
、
过充
、
过流
、
充电电流调节
、
充饱判断等功
能的充电管理模块
。
接着执行有过放
、
短路
、
VOUT
输出
电压控制等功能的放电管理模块
。
其他控制的功能还有
温度保护
、
开关盖的霍尔信号处理
、
耳机状态解析
、
剩余电
量估算以及显示的控制
。
当仓低电量或耳机已充饱
,
并且
仓没有充电接入时
,
提供进入低功耗模式的信号给耳机
,
然后进入低功耗模式
。
当有按键
、
霍尔信号变化或充电接
入时
,
系统唤醒并从系统初始化部分开始执行程序
。
充电仓系统主控流程图如图
4
所示
。
系统初始化后
耳机的续航能力
。
通过放电电路可发送通信数据
,
提供
据不同耳机进行具体选值
,
进而在放电电路关闭
PH
耳机与电阻对
2.
当
MOS
并提供
2.4V
后
,
4V
进行分压
,
以使耳机顺利进入低功耗模式
。
R17
、
R18
的阻值需要根
耳机识别到自身处于特定的电压区域时进入低功耗模式
。
仓低功耗模式的解除
,
可以通过按键
、
插入充电
、
开关盖变
化或重新放入耳机且放入耳机后在
R17
或
R18
上的电压
超过
0.3V
实现
。
3
系统测试结果与分析
3.1
基本功能测试
的偏差为
±
恒压阶段满充电压为
±
电池电压
25mA
,
20mV
;
对仓进行充电
,
恒流阶段与设定电流值
(
200~500mA
)
9 0
Microcontrollers&EmbeddedSstems
2021
年第
4
期
y
www
.
mesnet
.
com
.
cn
为
3.8V
时
,
5V
升压带
90%
以上
,
纹波小于
载
150mA
的放电效率在
从
1k
确认合适的睡眠匹配电
R18
,
Ω
电阻档位开始调整
,
阻值
。
络达芯片的耳机
,
在通信成功后的
0V
环境进入低
功耗
,
无需耳机放入唤醒系统
,
不需要匹配电阻
;
瑞昱的耳
,
机充饱之后需要维持
5V
(
不小于
4V
)
使用
1kΩ
的电阻
耳机的放入与
150mV
,
拿出状态可以被正常检
测
。
经实测
,
盖子状态变
化检测
、
过流
、
过压
、
过
充
、
过放
、
短路保护等功
能有效
。
电池处于充电
45℃
则进入过温保护状
既可令耳机电压大于
4.
又能满足唤醒的需求
;
中科
5V
,
可满足进入低功耗模式以及唤醒的需求
。
33kΩ
和
55kΩ
,
蓝讯和杰理的耳机在
5V
转
2.
分别调整阻值至
4V
之后
,
其中
,
实测瑞昱的耳机在充饱后需要经过
2
分钟或更长的
时间才会进入低功耗模式
。
表
1
仓电池电压
3.7V
的待机功耗测试结果
耳机主控
络达
AB153x
睡眠匹配
电阻
/
kΩ
无要求
33
56
1
休眠电压
/
V
通信
→0
5→2.4
5→2.4
5
仓功耗
/
A
μ
28
76
40
68
状态的温度
<4
超过
5℃
,
3.2
充电仓与耳机
通信测试
AB153x
系列蓝牙芯片的
耳机进行通信功能的测
试
,
在仓对耳机放电的过
程中发送
Chareroff
关
g
采用内置络达
态
,
符合
IEC62368
标准
。
中科蓝讯
AB5376
杰理
AC6936
瑞昱
RTL8763
4
结
语
图
4
软件流程图
7
]
,
之后
VOUT
机指令
[
电路进行整体分析
,
并对仓充电
、
放电
、
通信
、
保护
、
耳机以
及盖子状态检测各个模块电路进行了设计
,
完成了一款体
积小
、
元器件少
、
功耗低
、
可靠性高的多功能充电仓
。
本设
计为后续进一步在有限的空间实现充电仓和耳机双向通
信功能以及加入无线充电等模块奠定了基础
。
参考文献
[]
李晋
.
)]
真无线立体声
(
耳机产业
[
办公自动化
,
1TWSJ.2019
,
本文首先对基于
IP5516
电源
SoC
芯片的耳机充电仓
波形中的上
2
个耳机端的滤波电容为
2.2
μ
F
的环境下
,
向耳机提供低电平
。
实测在
VOUT
电容
CP2
为
4.7
μ
F
,
[
7
]
,,
升沿时间为
5
下降沿时间为
4
均小于
1m80
μ
s60
μ
ss
。
耳机可以正常解析到指令
,
并进入关机状态
。
通信波形如
图
5
所示
。
[]
英集芯科技有限公司
.
,
2IP5516Datasheet2019.
():
24221619.
[]
salSerialBusTeCCa-
pyp
[]
明柏集成电路有限公司
.
,
4HCP4803Datasheet2019.
,
bleandConnectorSecification2017.
p
[]
英集芯科技有限公司
.
,
5IP3012Datasheet2017.
[],
6211Datasheet2019.
p
M
y
图
5
仓与耳机通信波形
[
7
]
GenerationSmartCharer
gy
C
pg
,
Casedesin2019.
g
3.3
待机功耗测试
对采用络达
、
瑞昱
、
中科蓝讯
、
杰理的芯片作为主控的
蓝牙耳机进行睡眠功耗的测试
,
测试结果如表
1
所列
。
耳
机充饱后充电电流小于
4mA
,
仓可以顺利检测到耳机充
,
林俊盛
(
助理工程师
)
主要从事嵌入式系统及应用
、
开关电源与线
,
性电源控制的研究
;
黄悦
(
初级工程师
)
主要从事嵌入式系统控制
、
仪器控制自动化的研究
。
通信作者
:
林俊盛
,
ensenln@
。
jy
()
责任编辑
:
薛士然
收稿日期
:
2021-01-12
饱并提供耳机进入休眠的环境
。
之后用电阻箱接在
R17
、
敬请登录网站在线投稿
()
g
2021
年第
4
期
9 1