當人們還在宣稱30多小時為長續航時，SoundPeats在雙12發布了旗下的Capsule3 Pro TWS耳機，見圖1，其續航時間高達令人震驚的52小時。拆開該耳機，人們發現該款TWS耳機采用了微源半導體的HERO ChargeTM方案LP7810 + LP4080。

01 TWS 耳機續航時間對比 ?

? 從拆開的耳機我們發現Capsule3 Pro充電倉的電池是500mAh/1.85Wh，耳機電池為35mAh（0.135Wh/3.85V），充電倉采用的充電倉管理芯片為LP7810，耳機采用了LP4080，見圖2。從52audio網的一些拆解報告，人們可以發現一些充電倉電池容量大小500mAh左右的TWS耳機，如表1所示。為什么Capsule3 Pro的續航時間明顯長于其它耳機？答案可能有多個因素，其采用的HERO ChargeTM?方案顯然功不可沒。

圖 2. Capsule3 Pro 耳機內部的電池和PCB

02 52小時背后的HERO ChargeTM

? 下面我們簡單介紹一下HERO ChargeTM?的TWS充電方案。TWS耳機系統的簡化的系統框圖如圖3所示。充電倉輸出電源給左耳機和右耳機的充電電路供電，一般的藍牙芯片自帶線性的充電電路，當然也有藍牙芯片不帶充電電路所以需要增加外部充電電路。當給耳機充電時，一般需要供給充電電路一個5V左右的電源，耳機從較低的電壓（如2.8V）被充到4.2V，整個充電過程中5V的輸入電壓和電池電壓之間的電壓差乘以充電電流所產生的功率會轉換成熱浪費掉。圖4左邊的圖可以幫助理解這個充電過程。假設在恒流充電（CC）階段平均電壓為3.7V，這個階段的功率轉換效率為74%（= 3.7/5）。再加上充電倉內電路（如升壓電路）的損耗，充電倉電池到耳機電池的功率轉換效率會更低。

圖 3. 簡化的方案框圖

圖 4. HERO ChargeTM?充電方案和傳統線性充電的比較

由于耳機充電電路的電壓差是產生損耗的主要原因，人們很容易想到降低該電壓差可以提高效率及降低發熱，如圖4右邊的圖所示，這就是我們常聽說的“低壓差”或“電壓跟隨”充電方案。為了“跟隨”耳機電池的電壓，充電倉需要實時知道耳機電池的電壓值，才能輸出一個電壓略高于該值。充電倉和耳機之間只有電源和地兩根線，沒有第三根線提供電池電壓值反饋，充電倉如何實時知道耳機電池的電壓值呢？筆者了解到目前有兩種方法。一種方法是充電倉和耳機之間需要通過通訊，充電倉定時問詢耳機端的MCU，了解電池電壓值，然后在其基礎上加一差值，該差值大約在300mV。第二種方法是充電倉在CC階段定時查看耳機充電電流是否下降，如果下降就代表耳機充電電路電壓差過低，就上調電壓。

目前第二種方法需要外加電流測量電阻和高精度ADC來量電流，存在電阻太大則損耗增加和電阻太小則精度不夠的矛盾。兩種方案都存在需要軟件介入才能實現“電壓跟隨”的效果，需要軟硬件工程師互相配合，增加研發復雜度，實際上也增加成本。 HERO ChargeTM充電方案的電壓跟隨是完全自動的。這里HERO是Highly Efficient, Rapid & Optimized的縮寫，意思為“高效、快速、優化”。該方案無需軟件介入，充電倉會自動輸出一個電壓略高于耳機電池電壓。如LP7810在CC階段，如果CC電流設置得比較低，這個電壓差在50mV左右，電流大時，充電電路大約等效于一個0.5W的電阻。圖5為一個實測的LP7810+LP4080給一個50mAh的耳機電池充電的過程，充電電流為150mA(3C)，從圖中可以看到在CC階段這個“低壓差”在大約75mV左右。如果仍然以3.7V為平均電池電壓，這時線性充電電路的效率高達“98%”（=3.7V/3.775V），再去掉升壓等電路的損耗，從充電倉電池到耳機電池的功率轉換效率可輕易超過90%。

圖 5. HERO ChargeTM在CC階段和CV階段的電壓和電流波形

圖6是微源的LP7811+LP4081用在一個540mAh充電倉電池給兩只50mAh耳機電池的實測數據。圖中下降的波形是充電倉電池累計容量下降的過程，上升的兩曲線是兩只耳機累計容量上升過程，兩只耳機實際容量有一點差異，所以這兩曲線沒有完全重合。這個測試在倉電池還剩14mAh時停止，所以充電倉實際釋放出526mAh，兩只耳機總共接收到428mAh容量，容量轉移率達81%（= 428/526）。對應傳統線性充電，這個轉移率大約為60%多，充電倉續航時間的增加幅度會超20%，甚至達30%，是非常可觀的。

圖 6. 實測一只540mAh充電倉電池給兩只50mAh耳機電池充電容量轉移數據 HERO ChargeTM充電方案有以下特點：

a. 由于耳機內充電效率非常高，即便耳機充電電流比較大，耳機內產生的熱很低，所以HERO ChargeTM可用于快充。對于40mAh的耳機電池，微源的LP7811可達7.5C耳機充電電流，LP7810可達6C以上。

b. 由于充電效率很高，每次給耳機電池充電過程中浪費少，沒有浪費的電荷都留在充電倉電池里，所以充電倉的電池續航時間得以大幅度延長，這個特點即便沒有利用快充也同樣有效。Capsule3 Pro正是利用了這個特性。

c. 無需MCU軟件介入充電過程，開發調試簡單。

d. 仍然是線性充電，所以沒有過多的外部電感等龐大的器件，PCB面積小。

03 HERO ChargeTM方案組合

? 微源的產品在大量的TWS耳機被采用，近年推出了若干產品支持HERO ChargeTM方案，圖7為現有支持HERO ChargeTM的產品組合，其中LP781x為充電倉管理芯片，LP408x為耳機內的充電芯片，LP4080或LP4081可以和任何一顆充電倉管理芯片配合來實現HERO ChargeTM方案。LP7810內含一個支持30V輸入耐壓的線性充電電路為充電倉的電池充電，左右兩路獨立的輸出最大250mA電流給耳機充電。LP7811內含一個支持30V耐壓的高效開關充電電路給充電倉的電池充電，最大充電電流達1.7A，左右兩路獨立的輸出最大電流達300mA給耳機充電。LP7812無需搭配MCU，充電倉可以單芯片實現HERO ChargeTM方案，其它充電倉管理芯片需要搭配MCU實現管理。如需了解更多關于HERO ChargeTM方案的信息可以聯系微源。

圖 7. HERO ChargeTM產品組合 ? 04 HERO ChargeTM方案合作伙伴

? 為了降低整個TWS耳機的成本，微源和行業內一些TWS藍牙主芯片公司合作，使他們的藍牙芯片內置的線性充電支持HERO ChargeTM方案，比如藍訊最近推出的訊龍3代。只要搭配微源任何一顆LP781x充電倉管理芯片，藍訊的訊龍3代耳機就可以享受HERO ChargeTM方案帶來充電倉續航時間的增長。

05 結束語??

? HERO ChargeTM充電方案具有“高效，快速，優化”的特點，其超高的功率轉換效率允許耳機以高C倍率充電而不發熱，達到快充目的，提高用戶體驗。LP4080的“壓差”低至50mV，低于其他“低壓差”方案。高效率省下的能量留在充電倉電池里，可以大幅度提高TWS耳機電池的續航時間，這個特點在SoundPeats旗下的Capsule3 Pro TWS耳機52小時的續航時間得以充分體現。HERO ChargeTM充電過程無需MCU軟件介入，可以節省研發投入，也降低成本。充電電路仍然是線性充電，外部器件很少。如果搭配像訊龍3代這樣的藍牙主芯片，耳機內自帶支持HERO ChargeTM充的充電電路，進一步降低成本和PCB面積.

編輯：黃飛

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