隨著TWS藍(lán)牙耳機(jī)的普及,充電倉(cāng)作為其重要組成部分,對(duì)電源管理芯片的性能提出了更高要求。電源管理芯片作為充電倉(cāng)的"大腦",負(fù)責(zé)鋰電池的充放電管理、電量監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)保護(hù)等關(guān)鍵功能,直接影響產(chǎn)品的續(xù)航能力、充電效率和使用安全性。本文將詳細(xì)介紹藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)中常用的電源管理芯片,并重點(diǎn)分析華芯邦的相關(guān)解決方案。

作為一款消費(fèi)電子產(chǎn)品，TWS耳機(jī)通過(guò)無(wú)線藍(lán)牙技術(shù)、內(nèi)置電池供電，以及配備移動(dòng)充電盒等方式，提供了開(kāi)蓋即連、拿出即用的便捷使用體驗(yàn)，受到了廣大用戶的喜愛(ài)。但同時(shí)，由于體積限制，內(nèi)置電池容量有限的原因，也帶來(lái)了與手機(jī)一樣的續(xù)航焦慮問(wèn)題。并且隨著用戶使用時(shí)長(zhǎng)的不斷增長(zhǎng)，續(xù)航時(shí)間成為了TWS耳機(jī)用戶普遍關(guān)心的焦點(diǎn)。

高通發(fā)布的《2023音頻產(chǎn)品使用現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告》顯示，“使用無(wú)線耳塞/頭戴式耳機(jī)的十大痛點(diǎn)”中，電池續(xù)航不足位列第二位，成為了影響用戶體驗(yàn)的主要因素之一;而在“2023年真無(wú)線耳塞十大購(gòu)買(mǎi)驅(qū)動(dòng)因素”中，續(xù)航時(shí)間位列第三，僅次于耳機(jī)佩戴舒適度和價(jià)格。因此，續(xù)航時(shí)間的提升，將能夠有效提升品牌產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)于TWS耳機(jī)續(xù)航問(wèn)題，目前市場(chǎng)上也有著多種解決方案，包括通過(guò)持續(xù)優(yōu)化電路，最大可能的降低系統(tǒng)運(yùn)行以及待機(jī)時(shí)的功耗;通過(guò)快速充電，降低充電時(shí)間，為耳機(jī)快速恢復(fù)能量，提升用戶體驗(yàn);采用高壓電池，進(jìn)一步提升電池能量密度，達(dá)到延長(zhǎng)續(xù)航的目的。

另外還有一種，是通過(guò)采用電壓跟隨的充電策略，減少能量損耗，提升充電盒電池到耳機(jī)電池的轉(zhuǎn)換效率，從而實(shí)現(xiàn)更持久的綜合續(xù)航時(shí)間。此篇文章，我愛(ài)音頻網(wǎng)便來(lái)為大家詳細(xì)介紹一下這種充電方式與傳統(tǒng)充電方式的區(qū)別，并分享一款目前市場(chǎng)上已經(jīng)采用電壓跟隨充技術(shù)的電源管理方案。

一、藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)電源管理芯片的重要性，藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)的電源管理芯片是實(shí)現(xiàn)高效、安全充電的核心組件。其主要功能包括:鋰電池充電管理:實(shí)現(xiàn)恒流/恒壓充電模式,確保電池充滿的同時(shí)避免過(guò)充。同步升壓轉(zhuǎn)換:將鋰電池電壓升壓至5V,為藍(lán)牙耳機(jī)供電。電量監(jiān)測(cè):通過(guò)高精度ADC實(shí)現(xiàn)電池電量的準(zhǔn)確檢測(cè)。系統(tǒng)保護(hù):包括過(guò)壓、過(guò)流、短路和過(guò)溫保護(hù)等。低功耗控制:在待機(jī)模式下最小化功耗,延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。一款優(yōu)秀的電源管理芯片能夠顯著提升充電倉(cāng)的性能,包括充電速度提升20%以上,續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)15-20%,同時(shí)確保充電過(guò)程的安全性。

二、市場(chǎng)主流電源管理芯片型號(hào)，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)電源管理芯片主要來(lái)自以下廠商:英集芯(Injoinic)支持雙耳機(jī)獨(dú)立檢測(cè),同步升壓效率高達(dá)93%,靜態(tài)電流低至15μA。支持智能雙向通訊,實(shí)現(xiàn)開(kāi)蓋即連功能,提升用戶體驗(yàn)。思遠(yuǎn)半導(dǎo)體(TPS)集成充電和放電模塊,支持EN使能控制,采用ESSOP10封裝。支持NTC保護(hù)功能,單芯片即可實(shí)現(xiàn)充電倉(cāng)設(shè)計(jì),無(wú)需外部MCU。昇生微電子(SinhMicro)SS809:高度集成的單芯片解決方案,支持多種燈效指示,封裝尺寸小。微源半導(dǎo)體(LPS)LP5907:低壓差線性穩(wěn)壓器,適用于對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用場(chǎng)景。這些芯片各具特色,涵蓋了從基礎(chǔ)功能到高端智能的不同需求,滿足了各類(lèi)藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)的設(shè)計(jì)要求。

三、華芯邦科技電源管理芯片解決方案，作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的電源管理芯片供應(yīng)商,推出了一系列適用于藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)的解決方案,華芯邦可應(yīng)用于藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)的充電芯片包括PB1157、PB1153、DC0035E及HT40546HA等型號(hào)。其中，PB1157為0.3A同步充電升壓轉(zhuǎn)換芯片，支持雙通道1-4燈指示;PB1153是ESOP8封裝的充放電管理芯片，專(zhuān)為藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)設(shè)計(jì);DC0035E為T(mén)WS充電芯片升壓轉(zhuǎn)換器SOC移動(dòng)電源IC;HT40546則是SOT23-5封裝的鋰電充電芯片。這些芯片均針對(duì)藍(lán)牙耳機(jī)充電倉(cāng)的低功耗、高集成度需求優(yōu)化，具備充放電管理、升壓轉(zhuǎn)換等功能，適配TWS耳機(jī)等消費(fèi)電子場(chǎng)景。

其中固然有蘋(píng)果一貫優(yōu)良的工業(yè)設(shè)計(jì)，IOS系統(tǒng)加持等因素，但更不能忽視的是技術(shù)上的創(chuàng)新，AirPods撬動(dòng)了TWS(True Wireless Stereo)真無(wú)線耳機(jī)這個(gè)概念，所謂的TWS指的是具有兩個(gè)耳塞，中間無(wú)任何線材連接，且兩個(gè)耳塞均可以獨(dú)立工作的無(wú)線耳機(jī)，無(wú)線耳機(jī)中，無(wú)論頭戴式，入耳式，頸掛式還是AirPods這種兩個(gè)獨(dú)立耳塞的形式，均是使用藍(lán)牙與手機(jī)進(jìn)行聯(lián)系。

藍(lán)牙協(xié)議的特點(diǎn)是對(duì)信息進(jìn)行加密解密的密鑰只能在兩個(gè)設(shè)備之間創(chuàng)建共享，數(shù)據(jù)的傳輸也僅限于在兩個(gè)設(shè)備之間進(jìn)行，因此，以前的無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)均是在左耳機(jī)收到數(shù)據(jù)之后再轉(zhuǎn)發(fā)給副耳塞，這樣的傳輸方式會(huì)讓副耳塞產(chǎn)生時(shí)延，因此主耳塞也必須主動(dòng)時(shí)延，等待副耳塞，才能實(shí)現(xiàn)雙耳聲音同步，不僅時(shí)延高，這一方案更存在主耳塞比副耳塞耗電更高的問(wèn)題，耳機(jī)的整體續(xù)航時(shí)間很難提升，主副耳塞的電池壽命也會(huì)存在差異，耳機(jī)壽命被無(wú)形縮短，所以AirPods發(fā)布之前，主流耳機(jī)廠商設(shè)計(jì)藍(lán)牙耳機(jī)時(shí)，優(yōu)先考慮的都是有線連接的一體式設(shè)計(jì)，并不太考慮兩個(gè)獨(dú)立耳塞的形式。

蘋(píng)果2016年，推出的AirPods則使用新的技術(shù)方案，在他們的方案中，雖然有主副耳機(jī)之分，但可以互相切換，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)定先從耳機(jī)盒里拿出的耳塞是主耳塞，當(dāng)主耳塞與手機(jī)建立藍(lán)牙連接后，向副耳塞發(fā)送的不是聲音信號(hào)，而是藍(lán)牙連接的密鑰，副耳塞使用這一秘鑰監(jiān)聽(tīng)手機(jī)和主耳塞之間的信息，這樣兩只耳塞就可以同時(shí)接收信號(hào)，以此解決高時(shí)延問(wèn)題。

有AirPods的朋友可以做個(gè)測(cè)試，在IPHONE上關(guān)閉AirPods的自動(dòng)人耳檢測(cè)，先從耳機(jī)盒拿出一只耳塞，IPHONE會(huì)與它建立藍(lán)牙連接，這支耳塞成為主耳塞，當(dāng)我們佩戴這只主耳塞時(shí)，另一只耳塞無(wú)論放在哪里，都不會(huì)影響主耳塞工作，但如果我們佩戴副耳塞，把主耳塞移開(kāi)時(shí)，如果主耳塞與IPHONE的距離超出了藍(lán)牙連接范圍，副耳塞便會(huì)停止工作。

通俗來(lái)講，在普遍的傳統(tǒng)充電方式中，充電盒內(nèi)部電源管理芯片為內(nèi)置電池升壓到5V，經(jīng)過(guò)耳機(jī)內(nèi)部的充電IC，再為耳機(jī)內(nèi)部電池充電。在這一過(guò)程中，由于耳機(jī)電池剩余電量會(huì)影響電池電壓，當(dāng)電池低電量時(shí)，電壓也隨之降低，恒定5V電壓充電，會(huì)有大量電能通過(guò)熱量的形式損耗。因此，傳統(tǒng)充電方式轉(zhuǎn)換效率普遍只能達(dá)到50%~55%。

電壓跟隨充電方式，對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了有效改善。其能夠根據(jù)耳機(jī)電池電壓動(dòng)態(tài)調(diào)整電源管理芯片輸出電壓，從而降低熱損耗，提升充電盒電池到耳機(jī)電池的轉(zhuǎn)換效率;同時(shí)也降低了發(fā)熱，提高了充電安全性，延長(zhǎng)了產(chǎn)品使用壽命。TWS市場(chǎng)火爆，帶動(dòng)整個(gè)供應(yīng)鏈當(dāng)中的核心零部件快速放量，其中的電源管理芯片也不列外，但是從TWS耳機(jī)角度看，電源管理芯片卻極少受到市場(chǎng)重點(diǎn)關(guān)注，因?yàn)殡娫垂芾硇酒颊麄€(gè)TWS耳機(jī)成本較少，最開(kāi)始從TWS耳機(jī)角度看很容易誤認(rèn)為是個(gè)小賽道，附加值不高。我想說(shuō)電源管理芯片應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)、家電級(jí)、消費(fèi)電子級(jí)等，背后行業(yè)空間。

電源管理芯片被稱(chēng)為電子設(shè)備的“心臟”。電源管理芯片屬于模擬芯片子賽道，負(fù)責(zé)電子設(shè)備所需的電能的變換，一旦失效將導(dǎo)致電子設(shè)備停止工作，功能性作用不言而喻。另外模擬芯片具有不追求先進(jìn)制程，更新迭代速度較慢的特點(diǎn)。所以目前全球電源管理芯片賽道競(jìng)爭(zhēng)格局趨于穩(wěn)定，首先按照應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)壁壘給電源管理芯片分類(lèi)：從芯片工作電壓依次為：工業(yè)級(jí)(800V-1200V)>汽車(chē)級(jí)(800V-1000V)>家電級(jí)(200V-650V)>消費(fèi)電子級(jí)(3V-15V。)產(chǎn)品技術(shù)附加值由高到低的領(lǐng)域依次為：工業(yè)級(jí)>汽車(chē)級(jí)>家電>消費(fèi)電子級(jí)。電壓越高技術(shù)難度越高，產(chǎn)品毛利率越高。目前高端的工業(yè)級(jí)、汽車(chē)級(jí)幾乎被國(guó)外幾個(gè)大玩家寡頭壟斷，其中包括德州儀器、亞德諾、英飛凌等，其市場(chǎng)份額根據(jù)公開(kāi)資料整理已經(jīng)超過(guò)80%。我國(guó)電源管理芯片玩家由于起步較晚，從低端產(chǎn)品開(kāi)始，主要是家電級(jí)與消費(fèi)電子級(jí)，其中TWS就是消費(fèi)電子類(lèi)中代表產(chǎn)品。