作者： TI 工程師 Charles Wong

無線耳機已經在市場上風云了超過10年，而且其取代有線耳機的趨勢非常明顯。 但是大多數傳統的無線耳機只是實現耳機和適配設備（如手機，電腦等）的分離。卻仍然需要線纜將兩個耳塞連接起來以實現信號的一致性同時降低設計成本。這使得用戶的舒適性大大降低，同時讓耳機的觀賞性急劇下降！尤其是作為休閑和運動用途的耳機，這種設計在一定程度上還增加了線纜被纏繞導致人身傷害的風險。

近年來，隨著科技的進步和藍牙無線方案的成熟， 市場上開始涌現了如圖1所示的真正的無線耳機，即兩個耳塞之間不再需要線纜來連接， 并有取代傳統線纜式無線耳機的趨勢。這極大地提高了無線耳機的觀賞性和便攜性。

圖1. 真無線耳機產品

由于真無線耳機尺寸極小，導致耳機內部只能防止容量非常小的鋰離子電池，這種電池容量往往在50mA·H以內。此外，嚴苛的尺寸要求導致了無線耳機內部無法集成傳統的micro-USB充電接口，取而代之的是兩個簡單的金屬片來作為耳機充電的輸入接口。由于耳機電池容量的限制，一般廠家都會標配一個專屬充電盒來延長耳機的使用時間。由于體積的限制，充電盒的容量一般在1000mA·H以內，可以支持兩個50mA·H無線耳機充電5次以上。

圖2. TIDA-050007系統框圖

TIDA-050007是專門針對這種應用而研發的參考設計。圖2顯示了TIDA-050007參考設計的系統框圖。該參考設計提供了一個從充電盒到耳機的全套電源解決方案。TIDA-050007包含兩部分創新性的設計來延長充電盒子的使用時間，同時減小充電盒子和耳機的PCB板級尺寸。

首先，整體待機功耗僅僅為18μA（一直使能狀態），這個功耗幾乎比市面上所有的單顆芯片（比如充電芯片，升壓芯片，LDO）的靜態功耗還低。這歸功于本參考設計選用了TI業界領先的超低功耗MSP430 MCU（<1μA靜態電流），, 充電芯片BQ25100A（75nA靜態電流），升壓芯片TPS61099（800nA靜態電流）和LDO TPS7A05（1μA靜態電流）。這么低的待機功耗可以使充電盒每個月的靜態消耗小于1.6%的電池容量（以800mA·H電池容量為例）。而市面上大部分充電盒每個靜態消耗在10%以上，這種類型的充電盒如果半年不用或者忘記使用，基本上內部鋰電池已經永久性損壞。而基于TIDA-050007參考設計的充電盒可以有效的保護電池，因為這個靜態損耗甚至低于某些鋰電池的自放電損耗。

第二個創新點在于升壓芯片TPS61099。 TPS61099 是一顆0.8μA超低靜態電流的同步升壓芯片。TPS61099的限流值設計在1A，同時采用了1.23mm×0.88mm的6球WCSP 封裝， 使得非常適合這個充電盒子應用。 此外TPS61099擁有可編程電壓反饋引腳，以及支持在輸入電壓高于輸出電壓時進入直通模式。這種直通模式在充電盒滿電狀態時可以使充電效率高達90%以上。此外， 本參考設計還通過檢測耳塞的電池電壓狀況來調整FB引腳電壓，這樣充電電壓便跟隨了耳機電池電壓的變化而調整。相對于常規的5-V固定電壓輸出的OTG升壓方案，本參考設計可提升整體充電效率超過15%。同時耳機內部充電芯片采用高精度BQ25100A， 支持1mA充電電流精度。

圖3是TIDA-050007的PCB照片，圖4是電壓跟蹤功能的測試結果(測試條件：充電盒子電壓4.2V)， 由此可以看出在輸入電壓（充電盒子電池電壓）高于輸出電壓（耳機電池電壓）時， 升壓芯片工作在直通模式，一致到輸入電壓無法維持設計的充電電流，升壓芯片將開始進入升壓模式以滿足充電電流的要求。這樣極大的提升了充電效率降低了熱損耗。

圖3. TIDA-050007 PCB 圖4. TIDA-050007電壓跟蹤示意圖

對于TIDA-050007的靜態充電測試顯示，相較于傳統5V固定輸出電壓的充電方案，TIDA-050007的充電能耗從3.35W·H下降到2.73W·H（測試條件為：充電盒子電池電壓固定4.2V，對600mA·H鋰離子電池從3V充到4.2V）。即使在整個電池電壓范圍內（3.3V～4.2V），該參考設計仍然具有15%以上的綜合效率提升。詳細測試結果請參考TIDA-050007 用戶手冊^[1]。

綜上所述，TIDA-050007極大的延長充電盒子的充電次數，極其適用于便攜式音頻/醫療設備。不要猶豫，馬上下載設計文檔，開始設計屬于你的充電盒子吧！

審核編輯：符乾江