如何做好TWS的锂电池充放电管理

随着TWS蓝牙耳机的普及,充电仓作为其重要组成部分,对电源管理芯片的性能提出了更高要求。电源管理芯片作为充电仓的"大脑",负责锂电池的充放电管理、电量监测和系统保护等关键功能,直接影响产品的续航能力、充电效率和使用安全性。本文将详细介绍蓝牙耳机充电仓中常用的电源管理芯片,并重点分析华芯邦的相关解决方案。

作为一款消费电子产品，TWS耳机通过无线蓝牙技术、内置电池供电，以及配备移动充电盒等方式，提供了开盖即连、拿出即用的便捷使用体验，受到了广大用户的喜爱。但同时，由于体积限制，内置电池容量有限的原因，也带来了与手机一样的续航焦虑问题。并且随着用户使用时长的不断增长，续航时间成为了TWS耳机用户普遍关心的焦点。

高通发布的《2023音频产品使用现状调研报告》显示，“使用无线耳塞/头戴式耳机的十大痛点”中，电池续航不足位列第二位，成为了影响用户体验的主要因素之一;而在“2023年真无线耳塞十大购买驱动因素”中，续航时间位列第三，仅次于耳机佩戴舒适度和价格。因此，续航时间的提升，将能够有效提升品牌产品的竞争力。

针对于TWS耳机续航问题，目前市场上也有着多种解决方案，包括通过持续优化电路，最大可能的降低系统运行以及待机时的功耗;通过快速充电，降低充电时间，为耳机快速恢复能量，提升用户体验;采用高压电池，进一步提升电池能量密度，达到延长续航的目的。

另外还有一种，是通过采用电压跟随的充电策略，减少能量损耗，提升充电盒电池到耳机电池的转换效率，从而实现更持久的综合续航时间。此篇文章，我爱音频网便来为大家详细介绍一下这种充电方式与传统充电方式的区别，并分享一款目前市场上已经采用电压跟随充技术的电源管理方案。

一、蓝牙耳机充电仓电源管理芯片的重要性，蓝牙耳机充电仓的电源管理芯片是实现高效、安全充电的核心组件。其主要功能包括:锂电池充电管理:实现恒流/恒压充电模式,确保电池充满的同时避免过充。同步升压转换:将锂电池电压升压至5V,为蓝牙耳机供电。电量监测:通过高精度ADC实现电池电量的准确检测。系统保护:包括过压、过流、短路和过温保护等。低功耗控制:在待机模式下最小化功耗,延长续航时间。一款优秀的电源管理芯片能够显著提升充电仓的性能,包括充电速度提升20%以上,续航时间延长15-20%,同时确保充电过程的安全性。

二、市场主流电源管理芯片型号，目前市场上常见的蓝牙耳机充电仓电源管理芯片主要来自以下厂商:英集芯(Injoinic)支持双耳机独立检测,同步升压效率高达93%,静态电流低至15μA。支持智能双向通讯,实现开盖即连功能,提升用户体验。思远半导体(TPS)集成充电和放电模块,支持EN使能控制,采用ESSOP10封装。支持NTC保护功能,单芯片即可实现充电仓设计,无需外部MCU。昇生微电子(SinhMicro)SS809:高度集成的单芯片解决方案,支持多种灯效指示,封装尺寸小。微源半导体(LPS)LP5907:低压差线性稳压器,适用于对噪声敏感的应用场景。这些芯片各具特色,涵盖了从基础功能到高端智能的不同需求,满足了各类蓝牙耳机充电仓的设计要求。

三、华芯邦科技电源管理芯片解决方案，作为国内领先的电源管理芯片供应商,推出了一系列适用于蓝牙耳机充电仓的解决方案,华芯邦可应用于蓝牙耳机充电仓的充电芯片包括PB1157、PB1153、DC0035E及HT40546HA等型号。其中，PB1157为0.3A同步充电升压转换芯片，支持双通道1-4灯指示;PB1153是ESOP8封装的充放电管理芯片，专为蓝牙耳机充电仓设计;DC0035E为TWS充电芯片升压转换器SOC移动电源IC;HT40546则是SOT23-5封装的锂电充电芯片。这些芯片均针对蓝牙耳机充电仓的低功耗、高集成度需求优化，具备充放电管理、升压转换等功能，适配TWS耳机等消费电子场景。

其中固然有苹果一贯优良的工业设计，IOS系统加持等因素，但更不能忽视的是技术上的创新，AirPods撬动了TWS(True Wireless Stereo)真无线耳机这个概念，所谓的TWS指的是具有两个耳塞，中间无任何线材连接，且两个耳塞均可以独立工作的无线耳机，无线耳机中，无论头戴式，入耳式，颈挂式还是AirPods这种两个独立耳塞的形式，均是使用蓝牙与手机进行联系。

蓝牙协议的特点是对信息进行加密解密的密钥只能在两个设备之间创建共享，数据的传输也仅限于在两个设备之间进行，因此，以前的无线蓝牙耳机均是在左耳机收到数据之后再转发给副耳塞，这样的传输方式会让副耳塞产生时延，因此主耳塞也必须主动时延，等待副耳塞，才能实现双耳声音同步，不仅时延高，这一方案更存在主耳塞比副耳塞耗电更高的问题，耳机的整体续航时间很难提升，主副耳塞的电池寿命也会存在差异，耳机寿命被无形缩短，所以AirPods发布之前，主流耳机厂商设计蓝牙耳机时，优先考虑的都是有线连接的一体式设计，并不太考虑两个独立耳塞的形式。

苹果2016年，推出的AirPods则使用新的技术方案，在他们的方案中，虽然有主副耳机之分，但可以互相切换，系统会认定先从耳机盒里拿出的耳塞是主耳塞，当主耳塞与手机建立蓝牙连接后，向副耳塞发送的不是声音信号，而是蓝牙连接的密钥，副耳塞使用这一秘钥监听手机和主耳塞之间的信息，这样两只耳塞就可以同时接收信号，以此解决高时延问题。

有AirPods的朋友可以做个测试，在IPHONE上关闭AirPods的自动人耳检测，先从耳机盒拿出一只耳塞，IPHONE会与它建立蓝牙连接，这支耳塞成为主耳塞，当我们佩戴这只主耳塞时，另一只耳塞无论放在哪里，都不会影响主耳塞工作，但如果我们佩戴副耳塞，把主耳塞移开时，如果主耳塞与IPHONE的距离超出了蓝牙连接范围，副耳塞便会停止工作。

通俗来讲，在普遍的传统充电方式中，充电盒内部电源管理芯片为内置电池升压到5V，经过耳机内部的充电IC，再为耳机内部电池充电。在这一过程中，由于耳机电池剩余电量会影响电池电压，当电池低电量时，电压也随之降低，恒定5V电压充电，会有大量电能通过热量的形式损耗。因此，传统充电方式转换效率普遍只能达到50%~55%。

电压跟随充电方式，对这一问题进行了有效改善。其能够根据耳机电池电压动态调整电源管理芯片输出电压，从而降低热损耗，提升充电盒电池到耳机电池的转换效率;同时也降低了发热，提高了充电安全性，延长了产品使用寿命。TWS市场火爆，带动整个供应链当中的核心零部件快速放量，其中的电源管理芯片也不列外，但是从TWS耳机角度看，电源管理芯片却极少受到市场重点关注，因为电源管理芯片占整个TWS耳机成本较少，最开始从TWS耳机角度看很容易误认为是个小赛道，附加值不高。我想说电源管理芯片应用领域非常广，工业级、汽车级、家电级、消费电子级等，背后行业空间。

电源管理芯片被称为电子设备的“心脏”。电源管理芯片属于模拟芯片子赛道，负责电子设备所需的电能的变换，一旦失效将导致电子设备停止工作，功能性作用不言而喻。另外模拟芯片具有不追求先进制程，更新迭代速度较慢的特点。所以目前全球电源管理芯片赛道竞争格局趋于稳定，首先按照应用领域技术壁垒给电源管理芯片分类：从芯片工作电压依次为：工业级(800V-1200V)>汽车级(800V-1000V)>家电级(200V-650V)>消费电子级(3V-15V。)产品技术附加值由高到低的领域依次为：工业级>汽车级>家电>消费电子级。电压越高技术难度越高，产品毛利率越高。目前高端的工业级、汽车级几乎被国外几个大玩家寡头垄断，其中包括德州仪器、亚德诺、英飞凌等，其市场份额根据公开资料整理已经超过80%。我国电源管理芯片玩家由于起步较晚，从低端产品开始，主要是家电级与消费电子级，其中TWS就是消费电子类中代表产品。