突破TWS耳機(jī)功耗難題，電源架構(gòu)與電感該如何打配合

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/莫婷婷）隨著TWS耳機(jī)性能的提升，對音頻體驗(yàn)，功耗的要求也越來越高，對元器件的體積、性能等都提出了更高的要求。電源架構(gòu)也在不斷優(yōu)化，電感作為主要的元器件之一，與電源架構(gòu)之間如何配合，來優(yōu)化整體功耗，在TWS耳機(jī)上的電源有什么特點(diǎn)，功率電感該如何來配合？未來的發(fā)展趨勢又會如何發(fā)展？三體微市場總監(jiān)趙文慶向電子發(fā)燒友網(wǎng)分享了最新的觀點(diǎn)。


提升TWS耳機(jī)續(xù)航能力，從電源架構(gòu)入手

如今，TWS耳機(jī)的功能越來越豐富，性能也變得更強(qiáng)大。但從另一面考慮，新的功能需要更多的元器件配合，例如空間音頻需要增加陀螺儀、3D傳感器等元器件，然而性能和功能的升級都會增加功耗。

“TWS耳機(jī)的功能呈現(xiàn)多元化，這促使功耗不斷增長，我們的目標(biāo)是要把功耗降下來，讓TWS耳機(jī)有更豐富功能的同時又具備輕便、高續(xù)航等優(yōu)勢。但這其實(shí)是很難取得的性能平衡。”趙文慶向電子發(fā)燒友網(wǎng)表示。

電源架構(gòu)與TWS耳機(jī)的功耗息息相關(guān)，調(diào)整電源架構(gòu)或是另一種提升續(xù)航的解決方案。TWS耳機(jī)的電路分為充電倉和耳機(jī)兩部分。在通用架構(gòu)中，充電倉只承擔(dān)了給耳機(jī)充電的功能，大部分的電路還是放在耳機(jī)狹窄的空間中，充電倉里就有空間被浪費(fèi)了。
此外，通用電源架構(gòu)在充電效率上也存在一定弊端。比如充電倉的電池需要升壓升到某個特定的電壓值，再去給耳機(jī)電池相對應(yīng)的電壓充電。之所以要升壓，是因?yàn)閮蓚€耳機(jī)的電池與充電倉電池之間的壓差通常是不一致的。高壓差會使得效率浪費(fèi)，是造成續(xù)航低的原因之一，當(dāng)壓差縮小，充電效率才會提高，續(xù)航也會越長。

趙文慶認(rèn)為，下一代TWS耳機(jī)產(chǎn)品極有可能在電源構(gòu)架上帶來新的調(diào)整，例如將耳機(jī)里的一部分電路放到充電倉里，通過減小壓差，可以在某些特定場景下讓充電盒給耳機(jī)充電的次數(shù)增加，在充分利用空間的同時提高效率，由此提升整個續(xù)航時間。不過這樣的方案是高成本的，且需要充電盒與耳機(jī)需要通訊，需要整套方案聯(lián)合設(shè)計(jì)，因此預(yù)計(jì)會在品牌廠商的旗艦級產(chǎn)品中率先應(yīng)用。這類高端的應(yīng)用方案，對功率電感的選型規(guī)格會和現(xiàn)在通用方案完全不同，且三體微已有完整布局。

抑制TWS耳機(jī)底噪電流音，追求更純凈的高音質(zhì)

TWS耳機(jī)除了在本身功能不斷迭代升級，功耗卻要追求不斷更低的難題外，TWS耳機(jī)本身的產(chǎn)品硬性指標(biāo)，對音質(zhì)的追求，毋庸置疑的在不斷提升，無論從主芯片端開發(fā)的LE Audio，驍龍暢聽等軟件技術(shù)，Hi-Res Audio小金標(biāo)高品質(zhì)音樂等認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，都是對TWS耳機(jī)音質(zhì)追求的明顯標(biāo)志。

“在2022年一整年中，明顯觀察到終端品牌對耳機(jī)的底噪聲，電流音等有越來越高的要求，如，在播放靜音文件時，盡可能的沒有雜音，在藍(lán)牙互聯(lián)電流最大的時候，不能有一些異常的聲音來影響用戶體驗(yàn)”趙文慶提到。

功率電感，在其通電工作時，會產(chǎn)生感應(yīng)磁場，再通過產(chǎn)生的感應(yīng)磁場轉(zhuǎn)換成電能，來回交替的實(shí)現(xiàn)儲能作用，這個過程中，產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的強(qiáng)與弱，會明顯對周圍器件的干擾與被干擾有著顯著的差異。同時，不同工藝的功率電感，繞線方向的不同，也會產(chǎn)生不同方向的磁感應(yīng)線，干擾與被干擾需要考慮的結(jié)構(gòu)堆疊也截然不同。功率電感除了在追求更高電氣參數(shù)，提升整機(jī)續(xù)航的同時，也需要不斷優(yōu)化漏磁，降低電感工作時產(chǎn)生的Noise。

趙文慶表示，在去年三體微推出了，業(yè)界首款全磁屏蔽精密繞線電感，顯著得提升了產(chǎn)品用戶體驗(yàn)，繼而在今年年初又推出了更高性能，更低漏磁的產(chǎn)品系列，在高端品牌的認(rèn)可和鼓勵下，公司將沿著這個產(chǎn)品思路，繼續(xù)投入更大的研發(fā)力量，研發(fā)更高規(guī)格的功率電感，提高產(chǎn)品價值。

用電感助力續(xù)航能力，三體微突破高感值天花板

在目前傳統(tǒng)電源構(gòu)架的TWS耳機(jī)中，對低功耗的追求從未止步，工程師在對主控芯片、電源芯片、存儲芯片、傳感器、電感等多種元器件的升級迭代時都會考慮到這一點(diǎn)，希望能夠把整體功耗降低。那么，電感作為電源架構(gòu)的關(guān)鍵部件，可以為TWS耳機(jī)的續(xù)航作出哪些貢獻(xiàn)呢？

在TWS耳機(jī)中，需要用到的電感數(shù)量、規(guī)格，根據(jù)不同的主控平臺并不一致。在較為高端的主控平臺中，電感是單獨(dú)的電源電路，可以單獨(dú)控制負(fù)載，低端的主控平臺其實(shí)是一個總的電源電路，效率、續(xù)航就相對較差。一般而言，用到的電感數(shù)量越多，就能更精細(xì)地控制每個單元，提升整體續(xù)航水平。

“例如有5個單元，其中2個單元負(fù)載需要工作，而另外3個不需要工作的單元負(fù)載就可以獨(dú)立關(guān)掉，這樣的續(xù)航能力一定是會比5個單元同時開著的要好。越高端的主控平臺，功耗的痛點(diǎn)也越明顯，因此就會用到更多的電感數(shù)量；而不同的主控芯片，其產(chǎn)品定義對于EMI，loss switching等綜合因素考慮，其電源模塊的開關(guān)頻率定義也會不同，以及多單元控制和少單元控制的負(fù)載大小不同，對功率電感的感值需求就會不同，個別主控芯片有一些特殊的要求，三體微也有針對具體應(yīng)用專門開發(fā)的物料”趙文慶提到。

作為磁性功率元器件的廠商，三體微的電感產(chǎn)品也在隨著TWS耳機(jī)的要求而迭代。據(jù)了解，三體微成立于2020年，在2021年Q1推出TWS耳機(jī)第一款產(chǎn)品——SDHL系列，是國內(nèi)首創(chuàng)全磁屏蔽精密繞線電感。SDHL系列的推出為三體微打出了一條差異化道路。

全磁屏蔽在抗干擾性上有很大的優(yōu)勢，由于半磁屏蔽電感銅線裸露在外，磁力線也就會分散在周圍，對于TWS耳機(jī)來說，周圍的很多器件都是非常緊湊的，不帶屏蔽的電感會比較容易干擾到晶振，Mic，功放等敏感的器件。而全磁屏蔽精密繞線電感可以優(yōu)化干擾、嘯叫等問題，并且磁力線收攏，必要的時候電感底部可以走線，方便縮小整板面積。

為了提升效率，三體微在SDHL系列的基礎(chǔ)上推出加強(qiáng)版SDHK系列，頂部采用高密度磁粉。SDHL系列的頂部采用的是UV膠，換成高密度磁粉對整體的效率以及降低干擾都提升非常明顯。第三方主控平臺的數(shù)據(jù)顯示，與SDHL系列對比，在大部分輕載的應(yīng)用場景下，效率可以提升10%。效率的提升也意味著續(xù)航能力也能得到明顯的提高，特別是待機(jī)低功耗的場景時。



三體微在電感工藝上不斷突破，在SDHL系列推出之前，只有日本太誘一家國際廠商可以生產(chǎn)類似全磁屏蔽精密繞線電感，三體微突破了國內(nèi)市場的空白，并且獲得多家客戶的認(rèn)可。至今一年半的時間里，三體微產(chǎn)品已量產(chǎn)的終端平臺有高通、絡(luò)達(dá)、恒玄、物奇、瑞昱、炬芯、藍(lán)訊、杰里、Nodic、紫光、泰凌微等，終端品牌有HARMAN、JBL、MoMA、小米、紅米、REALME、ONEPLUS、安克、榮耀、FIIL、魅族、HAYLOU、NOKIA、PHILIPS、TCL、QCY、愛奇藝、喜馬拉雅、魔聲等。

目前，三體微已經(jīng)推出了全球首創(chuàng)高感一體成型電感——SIRB 系列，三體微將獨(dú)創(chuàng)的SIRB工藝冠名為“水滴”電感。SIRB系列的尺寸為1608，其優(yōu)勢體現(xiàn)在高感值上。1608一體成型電感當(dāng)中，業(yè)內(nèi)的電感廠商最高只能做到4.7uH，得益于工藝上的創(chuàng)新，SIRB系列可以實(shí)現(xiàn)22uH的高感值。如今，客戶可以選擇4.7uH、10uH，甚至是15uH、22uH的產(chǎn)品，SIRB系列的推出給電感市場的選型帶來洗牌。

“為什么電感需要高感值呢？對于開關(guān)電源，選擇什么樣的感值可以提升效率，有一個理論的計(jì)算公式，對Buck電路來說，L=Vo/(Io*Iripple*Freq)*(1-Vo/Vin)，對于TWS耳機(jī)來說，絕大部分應(yīng)用場景是佩戴著待機(jī)狀態(tài)，Io即負(fù)載電流很小，提高電感感值的選取，對輕載時的效率幫助非常大”趙文慶表示。


除了1608尺寸的SIRB系列，三體微還在研發(fā)更小尺寸的1006全磁屏蔽和半磁屏蔽電感，預(yù)計(jì)在今年年底明年年初進(jìn)入送樣階段。據(jù)了解，在1006小尺寸方面，當(dāng)下還是以日系廠商為主，國內(nèi)廠商還未推出全磁屏蔽電感。若是三體微該產(chǎn)品的推出，或?qū)⒋蚱茋H廠商的壟斷。