方案 | 基于微源 LP7810 低压差充电仓方案

鸣涧

方案 | 基于微源 LP7810 低压差充电仓方案

相关研讨会：充电 3 分钟听歌 2 小时！微源超高效率 TWS 快充方案

TWS 市场概况

根据市场调研机构 Countpint 的调研信息显示2021 年全球品牌 TWS 耳机销量达 3.1 亿台，同比增速达 33 %。据 Canalys 数据报告显示，2022 年 Q1 全球品牌 TWS 耳机出货量则达到 6800 万台。

图1 – TWS 耳机市场状况（资料来源 Countpoint）

下图是充电仓的常见框图，充电仓内一般会包含锂电池包、充电 IC、过压过流保护 IC、升压 IC、锂电保护 IC、MOS 管。有分离方案也会有集成方案，即把 Charger、Boost、Load Swith 等包成一颗 IC，使得整个充电仓的集成度更高。另外，如果充电仓要做更高阶的应用，如多路呼吸灯，与耳机端进行双向通讯功能，则需要用到 MCU 对外设进行控制及做协议的收发。

图 2 – TWS 充电仓框图

微源半导体是行业领先的模拟芯片设计公司，持续专注于以电源管理芯片为主的模拟芯片领域，致力于为客户提供完整的电源管理解决方案和技术服务，目前就拥有完整的 TWS 耳机整体解决方案，更是推出了领先的超高效率快充集成方案 -- LP7810 + LP4080，可以让工程师创建非常简洁的高效率 TWS 快充系统，支持 5C 充电电流，使耳机实现充电 3 分钟听歌 2 小时的用户体验，同时让充电仓电池的续航时间延长 20 %，用更快的充电速度以及更长的充电仓电池续航时间进一步提升用户的体验。

下面就详细描述本方案有使用的重要器件。本方案主要使用了中科蓝讯 AB132A MCU、微源 LP7810QVF 充电管理 IC、微源 LP5305QVF OCP/OVP IC、微源 LPB1003B5F 锂电保护 IC、艾为 AW86504STR 霍尔传感器。

中科蓝讯 AB132A MCU

• CPU：32 bit RISC-V，主频 120 MHz
  
• RAM：64 KB，Flash：256 KB
• 内置 4 路低功耗电容触摸按键
• 内置软开关 PMU 电路功能，带 PWRKEY 按键唤醒与 5V 充电唤醒
• 最多可支持 21 个 GPIO
• 32 bit Timer、PWM、UART、SPI、IR、SD、USB、I2S、IRTC 32K
• 内置 Codec，DAC 96 dB SNR
• 封装：QFN32，4 x 4 mm
• 工作温度：- 40 ~ + 85 ℃
  
  

所以目前我们是单用了中科蓝讯 AB132A MCU 部分的功能，主要是 IO、UART、I2C、PMU 的功能。另外，中科蓝讯 AB132A 其实是一颗单芯片 USB Audio 控制器，还内置了音频相关功能。关于中科蓝讯 AB132A MCU 的详细参数规格，可以参考以下博文：https://www.wpgdadatong.com/blog/detail?BID=B4403

图 3 – 中科蓝讯AB132A系统架构

微源 LP7810QVF 充电管理 IC

① 内置 OVP，30V 输入耐压

② 充电管理

    - 可编程充电电流，最高930 mA

    - 可编程浮充电压，0 ~ 4.4 V，精度 0.5%

    - 1 / 10 C 预充电流

③ 放电管理

    - 智能放电电压管理，最大化电池寿命

    - 95% 升压转换效率

    - 左右耳最大电流 250 mA，可编程 EOC电流

    - 输出电压动态跟随耳机电池电压

④ 内置 7 V LDO 常开输出

⑤ 温度管理

    - NTC 支持充放电保护

    - 默认 0 ~ 45 ℃ 充电

    - ＜ - 10 ℃ ，＞ 60 ℃ 放电保护

⑥ 耳机双通道独立入仓检测，支持单 / 双向通讯

⑦ 支持通过 I2C 配置充电参数，并在特定事件发生时给 MCU 发出中断信号

⑧ 4 μA 超低静态电流

⑨ 支持双灯显示，极简外围，只需 6 个阻容

⑩ QFN-16，3 x 3 mm 封装

图 4 – 微源 LP7810QVF 典型电路图

微源 LP5305QVF OCP/OVP

① 高达 30 V 耐压，85V 输入过压保护

② 300 mA ~ 1.5 A 过流可调

③ 4.35 V 电池电压过压保护

④ 异常状态指示

⑤ DFN-8，2 x 2 mm 封装

图 5 – 微源 LP5305QVF 典型电路图

► 场景应用图

► 展示版照片

► 方案方块图

► 核心技术优势

① 支持 30 V 耐压，内置 OVP 保护、输出过流保护

② 支持充放电参数独立配置：

     - 充电电流和恒压充电电压可配置

     - 放电电流和放电电压可配置

     - 放电截止电流可配置

③ 支持负载检测和双向通信

④ 支持特定事件触发的中断信号

⑤ VOL / VOR 输出的电压动态跟随耳机的电池电压

⑥ 支持休眠状态下 5 V 常供电或 2.7 V 电压常供电

► 方案规格

① 2 层 Layout 板，尺寸可根据 TWS 充电仓结构进行调整

② 支持 30 V 耐压，内置 OVP 保护、输出过流保护

③ VOL / VOR 支持负载检测和双向通信

    - 充电仓开盖即处于 2.7 V 通讯电压，可发送左右耳信息 & 充电仓电池电量信息

    - 充电仓开盖长按充电仓按键 3 s，擦除蓝牙配对信息

    - 耳机电池满电后，充电仓会发指令让耳机关机

    - 充电仓关盖 VOL / VOR 输出 2.7 V 负载检测电压，检测到有负载，进入充电

④ VOL / VOR 输出的电压动态跟随耳机的电池电压

⑤ 充电仓休眠 & 功耗

    - 可支持休眠状态下 5 V / 2.7 V 电压常供电，用于适配常开型 / 关断型耳机

    - 放电电流（即给耳机充电时的充电仓电流）：40 mA

    - 放电结束电流：10 mA

    - 休眠电流：20 μA（耳机开机放入充电仓充满后休眠电流）

⑥ NTC 支持充放电保护，默认 0 ~ 45 ℃ 充电；＜ - 10 ℃ ，＞ 60 ℃ 放电保护