2019/09/16

作者:德州儀器產品行銷工程師 Manuel Diaz Corrada 和行銷業務發展經理
Alan Lee 共同執筆

 

受益於微型化、Bluetooth® 通訊和嵌入式處理的進步,現代助聽器具備比以往更多的功能,從串流媒體音樂到能夠透過智慧型手機上的應用程式調整聲音大小。

然而,實現這些額外的功能是需要付出代價的,現代新興功能對功率的要求提升。功耗的增加對於設計助聽器的工程師來說是一項挑戰,主要是因為舊款裝置使用一次性鋅空氣電池(zinc air battery)。這些電池的續航力通常為兩周。然而,若為助聽器添加更多功能,像是自動播放音樂,電池續航力可能會縮短至數小時。因此,在新一代助聽器的設計中,工程師選擇使用充電式的鋰電池。

充電式鋰電池透過多種方式增加了電力系統的複雜性,其中最重要的是如何安全且準確地為電池充電。使用兩個助聽器時仍需額外的設計注意事項,由於左右耳機並無實體連接,無法同時藉由單一纜線對兩耳耳機進行充電。因此,幾乎所有新型助聽器現在都配備了具有充電及儲存電源功能的盒子。

該盒子為每支耳機設計了特定的插座,以確保正確充電。耳機的充電必須精確,因為充電式助聽器通常為 25 mAh - 75 mAh,充電盒的範圍為300 mAh -70 0mAh。這表示在盒子需要重新充電之前,耳機的使用時間大約為24小時,充電頻率約為10次。

有了充電盒,助聽器設計師現在可以考慮使用三種不同的鋰電池。一種用於充電盒,而另外兩種用於耳機。電池充電器的選擇在設計中扮演著重要的角色。

同樣要注意的是,利用電池為電池充電(即透過充電盒電池為耳機電池充電)並不像透過牆壁插座充電那麼簡單,因為兩個電池之間的電壓差不會差距太大。必須有內部電路來提升充電盒和耳機之間的電壓差,以達到完全的充電。在放電的狀態下,其電壓正緩慢下降。觀察圖1所示的放電曲線,電池容量約為50%時,充電盒電壓約為3.6 V。但這意味著如果沒有升壓,即使儲存在充電盒中的電源足以使它們完全充電,充電盒最高也只能為3.6 V的耳機充電。

1:鋰離子電池的電池放電曲線示意圖;典型的平均電壓為3.6 V,放電終止電壓為3 V(來源:可充電電池的特性)

這種情況下,大多數工程師會考慮採用離散元件升壓(discrete boost)。儘管離散元件升壓確實有效,但在電源架構中增加額外升壓和電感器零組件會使得解決方案尺寸增加及降低效率。

要克服這些挑戰,請考慮具有靜態電流支援的可攜式充電。例如,TI 的 BQ25619電池充電器BQ25155線性充電器可支援在沒有外部增壓情況下的充電需求。在助聽器應用中,您可將 BQ25619置於充電盒中,並將 BQ25155置於每個耳機內。

除了將充電盒輸出升壓至5V,您可透過BQ25619的升壓功能,提升到所需的最低電壓,使得充電盒和耳機電池之間留有足夠的壓差。電壓差的降低,不僅減少了不必要的升壓功耗也增加耳機的充電效率。

BQ25155非常適合耳機應用,因其最小 3.4V 的輸入電壓可在沒有升壓的情況下實現更長的充電,43μA 的靜態電流可增加電池的運行時間。同時,BQ25619在運輸節電機制下的 7μA 靜態電流可大幅地延長充電盒的庫存壽命。BQ25619的20mA 充電截止電流使其能為小型電池充電,使電池容量增加7%。

好消息是這些優勢不只侷限於助聽器,還包括耳塞及可穿戴貼片等,所有雙電池裝置系統皆可受益於這些技術的創新。TI 在未來的設計中將繼續採用雙充電器配置,其特色如下:

  • 為耳機和充電盒提供更高率的充電,同時提供電池監測與保護功能,並透過整合升壓來減少總體物料清單。
  • 只需要一條通訊線路即可減少耳機和充電盒的針腳數。BQ25619和 BQ25155,您可在不增加成本或解決方案尺寸的情況下,改善為充電盒充電的次數。

 

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