如何利用钰泰IC设计一款优秀的TWS蓝牙耳机无线充电盒？看...

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TWS无线蓝牙耳机市场持续火爆，用于收纳以及充电的耳机充电仓必不可少。苹果在Airpods二代的耳机充电仓中新增无线充电功能，实现无线蓝牙+无线充电的“真无线”功能，使用体验更好，被认为是TWS耳机的终极形态。
TWS蓝牙耳机充电盒虽然是耳机附件，但是它的作用至关重要，由于耳机盒设计比较精致，体积较小，导致电池容量不高，需要长途物流、静默搁置，所以超低自放电是一项硬性指标。除此之外耳机盒电源芯片高集成度、安全性、性价比等也是工程师关注的重要方向。
下面我们将从TWS耳机无线€€充电盒内部构造、TWS充电盒电源管理芯片案例、TWS充电盒无线充电芯片案例等方面进行深度介绍，给大家全面解析如何设计一款优秀的TWS蓝牙耳机无线充电盒。
一、TWS耳机无线充电盒内部构造
TWS真无线蓝牙耳机由两只没有线缆，相互独立的耳机和一个为它们充电的耳机无线充电盒组成。
在现今技术中，TWS真无线蓝牙耳机的充电方式基本上都是由耳机充电盒进行充电，一方面是因为耳机小巧的内部无法容纳更大的电池，另一方面是充电插座和其它元件都会占用更大的空间。
1、电源PCBA
TWS耳机充电盒里面的电源PCBA主要有两大用途，既要负责充电盒内部电池充电，还需要负责充电盒内部电池升压输出为耳机充电。此外还肩负安全防护，防止内置锂电池过充、过放、短路、过流等保护功能。
首先，控制外部电源给TWS耳机电池盒充电，将外部充电器电量充入锂离子电池。这里的外部充电器主要为5V的充电器，如常见的手机适配器，接口为microUSB或USB-C，然后降压转化为锂离子电池所需的4.2V电压进行充电，此外还有4.3V或4.35V多个规格。充电芯片有分为线性和开关两种，其中开关充电效率高、发热低，是目前主流的充电方式。
其次，TWS耳机电池盒电源PCBA还需要对外给TWS蓝牙耳机供电，这时又会将锂离子电池升压为5V，然后输出给耳机，耳机通过内部的充电电路完成对内置电池的充电。如此一来，当TWS耳机需要用电的时候，就可以放回充电盒自动补充电量。
充电盒升压芯片也分为同步和非同步两种，其中同步架构的效率高、发热低，非同步整流效率低一些，和移动电源的道理是一样的。
要实现无线充电功能，需要电源管理+无线接收二合一模组，或者在现有TWS耳机盒PCBA基础上GND 直接外挂独立无线接收。
2、无线充接收线圈

无线充电线圈，是TWS耳机无线充电盒实现无线充电接收功能的重要组件之一。一般采用多股细漆包线并绕，底下为隔磁片。
TWS耳机充电仓体积小，所使用的小线圈耦合较差的状况，厂商会对线圈参数和系统参数进行仿真优化。
3、电池
TWS蓝牙耳机充电盒经常使用的电池有两大类，聚合物电池和圆柱电池。
最为常见的是锂离子聚合物电池，这个在业内又称为软包电池，这类电池跟手机上使用的一样。常见的形态都为方块状，由于电池尺寸可以灵活定制，适合设计小巧、轻薄的电池盒。
除此之外，18650电池也有在充电盒中也有大量使用。这类电芯直径为18mm，长度为65mm，外观酷似圆柱体，因此业内也叫圆柱电池。18650电池是行业的通用标准，适合大规模批量制造，因此在很多行业都有大量采用，包括大名鼎鼎的特斯拉电动车。
18650电池的单体容量从2000mAh-3500mAh都有，可选的容量段丰富，用于TWS蓝牙耳机充电盒可给耳机提供更多续航时长。但是其体积比较大，用于设计TWS蓝牙耳机充电盒会略厚。
4、外壳
TWS蓝牙耳机充电盒的外壳腔体用于固定、保护内部耳机、电路、电池，属于非常精密的结构部件。里面内置了众多骨架和扣位，一方面起到加强壳体强度，另外做到严丝合缝。此外，有的电池盒还预留了暗埋磁铁的槽位，用于翻盖自动吸附，以及耳机收纳时固定。
5、顶针
TWS充电盒中的金属触点，英文名为Pogo Pin，这个章节我们来聊关于顶针的设计。有些厂商是将其单独放在一个小板上，大多数还是直接在主板上板载顶针。在TWS耳机充电盒上，我们有见过多种规格的顶针，有2根、3根、5根等等。通过查阅我爱音频网拆解报告可见，顶针使用具有规律性，整体分为两根针和三根及更多针。那么这么多顶针分别是什么用途呢？
1）两根顶针
两根顶针的设计是面前市面上最为常见的，这个设计可以满足TWS耳机充电刚需。两个顶针分别为正极和负极，用于将TWS充电盒电池仓的电量输送给耳机。这样一来，如将TWS作为通话蓝牙耳机使用时，一只耳机在工作，另一只耳机可以放入充电仓补充电量；如此循环使用，可以满足超长续航需求。
2）三根顶针
三根顶针的设计也比较常见。对于方案设计，用于耳机盒跟耳机通讯，耳机盒知道耳机的充电状态、对码、了解耳机状况。对于产线测试，可以配合耳机盒上的MicroUSB/USB-C接口，配合自动化测试设备，来测试耳机的综合指标。
​3）五根顶针
而五根顶针的这种设计，兼顾了以上两种用途，还具备更多功能。这类设计在高端的TWS蓝牙耳机才能看到，比较少见。除了具备三根顶针的方案设计、产线测试等需求外，还可用于耳机内部存储的数据传输、耳机固件升级等功能。
二、TWS充电盒电源管理芯片有哪些
TWS蓝牙耳机充电盒内部构造是一个小容量的充电宝，包含了充放电电路、保护电路、电池三部分。相比充电宝电路而言，对小电流输出效率和静态低功耗的控制显得格外重要。
不少电源芯片原厂基于原有的产品线做下升级，就能应用到这类产品当中。目前这块市场的被一些品牌占据，如钰泰、英集芯、德州仪器、思远、矽力杰等都有爆款解决方案。
我们整理了部分TWS蓝牙耳机充电盒典型应用案例，资料如下。

目前共有7大主流充电盒电源ic厂商，20款主流电源IC。接下来我们带大家一起了解目前市面上主要几款TWS真无线蓝牙耳机的充电盒电源管理IC到钰泰IC。

1、ETAsolutions钰泰
ETAsolutions钰泰半导体，是国内知名电源管理设计公司。其优秀的设计团队来自Maxim顶尖设计人员独立创业，专注于DC/DC 技术领域。公司创立于2008年，于香港和上海两地注册，在上海张江高科技园区设有研发及运营中心。 钰泰科技于2009年率先推出业内第一款同步升压/降压IC，成功地在中国的电源市场占有一席之地。
1）ETAsolutions钰泰ETA6884
ETAsolutions钰泰ETA6884充放电三合一电源管理IC。这是上海钰泰最新推出的单芯片方案，其采用了全新的架构，高达20V的输入耐压，开放的端口定义，2.4A输出能力，以满足不同工程师的应用要求。不仅如此，其充分开放了应用工程师所需的端口，全新的产品风格和充放电路径翻转功能，三态EN控制，精准电量显示。
2）ETAsolutions钰泰ETA9638
ETAsolutions钰泰ETA9638是一颗通用的、集成了锂电池充电和USB-OTG升压、输出能力达5V/1A的PMU。可广泛用于平板电脑、MiFi、移动电源等使用锂电池作为电源又需要USB接口对外供电的电子系统中。
另外，针对移动电源应用，ETA9638无需外围搭配MOSFET、DW01、肖特基等器件，解决了一个移动电源的几乎所有需求，极大的降低了系统总成本，并提升系统厂商的生产效率。
3）钰泰ETA9640
钰泰ETA9640是一个高集成度电源管理单元，它含有一个高效的同步升压变换器和一个线性电池充电器功能。在锂电池输入条件下，升压电路可提供高达 5V-1A 的输出能力，而充电器能从 AC 适配器获得 1A 的充电能力。
在停机状态下，短路时，或者其他不可靠的情况发生时，升压电路会自动关断输入至输出的环路。这不仅省略了一个外部的 MOSFET，并且这个控制环路为芯片在各种过载情况下，提供了可靠的保护能力。
4） 钰泰ETA9697

钰泰半导体最新推出了一款蓝牙耳机充电仓方案ETA9697，主打低功耗、高耐压两大特色。
据了解，钰泰ETA9697是一款新型的充放二合一蓝牙充电仓解决方案，芯片功耗低至1μA，官方宣称支持16V耐压，实际耐压可达20V。该芯片采用ESOP8封装，外围电路简洁，非常适合体积小巧的蓝牙耳机充电仓。

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20120826

写的真好   期待后续