微源HEROChargeLP7810LP4080快充方案，助力TWS52小时超长续航

　　近期，SoundPeats泥炭发布Capsule3 Pro TWS耳机，支持主动降噪、获Hi-Res金标认证，续航高达52小时！
　　我爱音频网第一时间进行拆解分析，在耳机内部结构配置方面，发现电源管理采用了微源半导体的HERO Charge™方案LP7810+LP4080，超高效率快充方案，从而助力其续航时间高达52小时，下面一起来看看更多关于泥炭Capsule3 Pro产品设计及芯片选型内容。
　　泥炭Capsule3 Pro真无线降噪耳机在外观方面，延续了家族式的设计风格。充电盒采用了椭圆形设计，体积小巧便携；耳机采用了柄状的入耳式设计，黑金配色，通过多种材质相结合，搭配IML工艺设计的装饰片，使产品极具质感。模拟人体工程学的机身曲线设计，提供了舒适稳固的佩戴体验。
　　功能配置上，搭载了12mm生物振膜动圈单元，支持LDAC高清音频编解码技术，带来更优的声音细节表现；支持双馈混合主动降噪，三MIC通话降噪，支持通透模式，主动降噪深度可达43dB；支持游戏模式，延迟可低至70ms，游戏体验声画同步、流畅。耳机单次续航时间8h，搭配充电盒可达到52h的超长综合续航。
　　通过对泥炭Capsule3 Pro真无线降噪耳机拆解分析可以看到，耳机充电仓内部采用来自LPS微源半导体LP7810超高效率充电仓管理芯片；耳机内部采用来自LPS微源半导体LP4080H超高效率的线性充电快充芯片。
　　LP7810超高效率充电仓管理芯片，是内置30V输入耐压的，I2C可编程的TWS充电舱管理芯片。与LP4080配合，LP7810可以大幅度提高充电舱的电池续航时间20%以上。
　　该芯片拥有充电、升压、NTC管理、LDO、以及其他多重保护电路，支持与耳机双向通讯，充电参数可通过I2C总线设置，并在特定事件发生时给MCU发出中断信号等特点。另外LP7810集成两路LED驱动，便于灯显方案设计。
　　LP7810与LP4080配合，LP7810可以实现93%的电池端到电池端的系统效率，大幅度提高充电仓的电池续航时间20%；同时支持耳机250ma以内的大电流快充不发烫，从而满足充电三分钟通话两小时的续航。LP7810的封装为3mmx3mm QFN-16封装。
　　LPS微源半导体LP7810详细资料图。
　　LP4080内置6.5V输入耐压的超低功耗的蓝牙耳机充电芯片。与LP7810充电仓芯片配合，该芯片拥有超低压差充电管理，出入仓检测，1-wire私有通信协议以及5个逻辑信号等功能。通过1-wire协议，用户可以进行调整浮充电压，开机，复位等控制。
　　它包含一个线性充电器，用于为耳机中的锂离子电池充电，带有CHGb充电状态指示和ENb输入，以便在需要时禁用充电器。LP4080H与LP7810充电仓管理芯片配合，支持250mA电流充电。在待机模式下，LP4080仅从电池端消耗600nA电流。LP4080H的封装为TDFN-8 2*2mm封装。
　　LPS微源半导体LP4080H详细资料图。
　　据我爱音频网拆解了解到，目前已有黑鲨、SoundPeats、花再、小米、荣耀、OPPO、华为、Redmi、realme、联想、索尼、诺基亚、摩托罗拉、漫步者、声阔、万魔、QCY、绿联、雷蛇等众多品牌旗下的音频产品采用了微源电源管理芯片。 关于52小时背后的HERO Charge™
　　微源HERO Charge™的TWS充电方案，TWS耳机系统的简化的系统框图如图3所示。充电仓输出电源给左耳机和右耳机的充电电路供电，一般的蓝牙芯片自带线性的充电电路，当然也有蓝牙芯片不带充电电路所以需要增加外部充电电路。当给耳机充电时，一般需要供给充电电路一个5V左右的电源，耳机从较低的电压（如2.8V）被充到4.2V，整个充电过程中5V的输入电压和电池电压之间的电压差乘以充电电流所产生的功率会转换成热浪费掉。图4左边的图可以帮助理解这个充电过程。假设在恒流充电（CC）阶段平均电压为3.7V，这个阶段的功率转换效率为74%（= 3.7/5）。再加上充电仓内电路（如升压电路）的损耗，充电仓电池到耳机电池的功率转换效率会更低。
　　图 3. 简化的方案框图
　　图 4. HERO Charge™充电方案和传统线性充电的比较
　　由于耳机充电电路的电压差是产生损耗的主要原因，人们很容易想到降低该电压差可以提高效率及降低发热，如图4右边的图所示，这就是我们常听说的＂低压差＂或＂电压跟随＂充电方案。为了＂跟随＂耳机电池的电压，充电仓需要实时知道耳机电池的电压值，才能输出一个电压略高于该值。充电仓和耳机之间只有电源和地两根线，没有第三根线提供电池电压值反馈，充电仓如何实时知道耳机电池的电压值呢？小编了解到目前有两种方法。
　　一种方法是充电仓和耳机之间需要通过通讯，充电仓定时问询耳机端的MCU，了解电池电压值，然后在其基础上加一差值，该差值大约在300mV。第二种方法是充电仓在CC阶段定时查看耳机充电电流是否下降，如果下降就代表耳机充电电路电压差过低，就上调电压。目前第二种方法需要外加电流测量电阻和高精度ADC来量电流，存在电阻太大则损耗增加和电阻太小则精度不够的矛盾。两种方案都存在需要软件介入才能实现＂电压跟随＂的效果，需要软硬件工程师互相配合，增加研发复杂度，实际上也增加成本。
　　HERO Charge™充电方案的电压跟随是完全自动的。这里HERO是Highly Efficient, Rapid & Optimized的缩写，意思为＂高效、快速、优化＂。该方案无需软件介入，充电仓会自动输出一个电压略高于耳机电池电压。如LP7810在CC阶段，如果CC电流设置得比较低，这个电压差在50mV左右，电流大时，充电电路大约等效于一个0.5W的电阻。图5为一个实测的LP7810+LP4080给一个50mAh的耳机电池充电的过程，充电电流为150mA(3C)，从图中可以看到在CC阶段这个＂低压差＂在大约75mV左右。如果仍然以3.7V为平均电池电压，这时线性充电电路的效率高达＂98%＂（=3.7V/3.775V），再去掉升压等电路的损耗，从充电仓电池到耳机电池的功率转换效率可轻易超过90%。
　　图 5. HERO Charge™在CC阶段和CV阶段的电压和电流波形
　　图6是微源的LP7811+LP4081用在一个540mAh充电仓电池给两只50mAh耳机电池的实测数据。图中下降的波形是充电仓电池累计容量下降的过程，上升的两曲线是两只耳机累计容量上升过程，两只耳机实际容量有一点差异，所以这两曲线没有完全重合。这个测试在仓电池还剩14mAh时停止，所以充电仓实际释放出526mAh，两只耳机总共接收到428mAh容量，容量转移率达81%（=428/526）。对应传统线性充电，这个转移率大约为60%多，充电仓续航时间的增加幅度会超20%，甚至达30%，是非常可观的。
　　图 6. 实测一只540mAh充电仓电池给两只50mAh耳机电池充电容量转移数据
　　HERO Charge™充电方案有以下特点：
　　a. 由于耳机内充电效率非常高，即便耳机充电电流比较大，耳机内产生的热很低，所以HERO Charge™可用于快充。对于40mAh的耳机电池，微源的LP7811可达7.5C耳机充电电流，LP7810可达6C以上。
　　b. 由于充电效率很高，每次给耳机电池充电过程中浪费少，没有浪费的电荷都留在充电仓电池里，所以充电仓的电池续航时间得以大幅度延长，这个特点即便没有利用快充也同样有效。Capsule3 Pro正是利用了这个特性。
　　c. 无需MCU软件介入充电过程，开发调试简单。
　　d. 仍然是线性充电，所以没有过多的外部电感等庞大的器件，PCB面积小。 关于HERO Charge™方案组合
　　微源的产品在大量的TWS耳机被采用，近年推出了若干产品支持HERO Charge™方案，图7为现有支持HERO Charge™的产品组合，其中LP781x为充电仓管理芯片，LP408x为耳机内的充电芯片，LP4080或LP4081可以和任何一颗充电仓管理芯片配合来实现HERO Charge™方案。LP7810内含一个支持30V输入耐压的线性充电电路为充电仓的电池充电，左右两路独立的输出最大250mA电流给耳机充电。LP7811内含一个支持30V耐压的高效开关充电电路给充电仓的电池充电，最大充电电流达1.7A，左右两路独立的输出最大电流达300mA给耳机充电。LP7812无需搭配MCU，充电仓可以单芯片实现HERO Charge™方案，其它充电仓管理芯片需要搭配MCU实现管理。如需了解更多关于HERO Charge™方案的信息可以联系微源。
　　图 7. HERO Charge™产品组合 HERO Charge™方案合作伙伴
　　为了降低TWS耳机成本，微源已和行业TWS蓝牙主芯片公司合作，使他们的蓝牙芯片内置的线性充电支持HERO Charge™方案，比如蓝讯最近推出的讯龙3代。只要搭配微源任何一颗LP781x 充电仓管理芯片，蓝讯的讯龙3代耳机就可以享受HERO Charge™方案带来充电仓续航时间的增长。 我爱音频网总结
　　微源HERO Charge™充电方案具有＂高效，快速，优化＂的特点，其超高的功率转换效率允许耳机以高C倍率充电而不发热，达到快充目的，提高用户体验。LP4080的＂压差＂低至50mV，低于其他＂低压差＂方案。高效率省下的能量留在充电仓电池里，可以大幅度提高TWS耳机电池的续航时间，这个特点在SoundPeats旗下的Capsule3 Pro TWS耳机52小时的续航时间得以充分体现。HERO Charge™充电过程无需MCU软件介入，可以节省研发投入，也降低成本。充电电路仍然是线性充电，外部器件很少。如果搭配像讯龙3代这样的蓝牙主芯片，耳机内自带支持HERO Charge™充的充电电路，进一步降低成本和PCB面积。
　　泥炭Capsule3 Pro真无线降噪耳机首发采用微源HERO Charge™方案LP7810 + LP4080，产品支持52小时超长综合续航，其超高的功率转换效率允许耳机以高C倍率充电而不发热，达到快充目的，提高用户续航体验。
　　微源半导体Low power TWS家族，包括了超级快充方案、耳机仓多合一单芯片方案、OVP/OCP过压过流保护、超低功耗升压、内置OVP充电、高压大电流开关充电、超低功耗LDO和超低功耗开关和MOSFET等，微源均能提供平一套完整的解决方案 。
　　微源半导体HERO Charge™方案的优势明显，可支持快速充电，还可享受＂强劲＂续航时间。期待微源半导体的HERO Charge™充电方案在更多TWS耳机产品中得到应用，后续我爱音频网会持续关注，给大家带来更多相关报道。