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为什么 TWS 耳机需要更好的电感?
发布日期:2022-06-18 13:53   来源:未知   阅读:

  我爱音频网近日发布了《TWS 耳机中都应用了哪些电感?作用是什么?》一文,为大家详细介绍了 TWS 耳机中电感这一元器件的相关知识,今天我们再来跟大家详细聊聊优质的电感能够给 TWS 耳机带来哪些好处。

  先来回顾一下什么是电感。电感是一组线圈,当通过交流电流时,在导线的内部及其周围产生交变磁通,拥有储存和释放能量的功能。

  在电子线路中,电感线圈对交流有限流作用,它与电阻器或电容器能组成高通或低通滤波器、移相电路及谐振电路等;变压可以进行交流耦合、变压、变流和阻抗变换等。

  在 TWS 耳机中,为了能够实现 随叫随到 的优质用户体验,众多芯片和功能在未使用时多处于待机状态。为了提高待机效率,电路中需要用到开关型 DC/DC 电源芯片进行电源转换,而这种电源转换芯片的外围一般都需搭配一颗功率电感作为储能器件。根据不同的产品定位,每款 TWS 耳机中至少需要 3-9 颗甚至更多的功率电感。

  下面我们一起来看看传统电感应用在 TWS 耳机上有哪些弊端,什么是优质电感,以及 TWS 耳机该如何挑选电感。

  在 TWS 耳机充电盒中使用的电感种类有磁胶 NR 电感、绕线 CD 电感、一体成型电感。其中使用较为普遍的为磁胶电感(如下图所示),功率密度适中,屏蔽性表现较好。在 TWS 耳机充电盒中,给内置电池充电的快充充电芯片和升压给耳机充电的电源芯片外围,需要搭配 1-2 颗功率电感器。

  应用于升压电路的传统功率电感,有概率会出现啸叫声,其原因如下:TWS 充电仓需要将锂电池电压升至 5V 左右为耳机充电,其升压芯片通常采用低功耗芯片,因为功耗足够低,工程师也会将其设计为输出常在。

  但为了使得功耗足够低,升压芯片进入超低功耗模式时,需降低开关频率,而开关频率如降低到 20-20KHz 频率范围内,此为人耳可听范围,功率电感线圈会发生震动,线圈的震动会带动胶体的震动,胶体的震动会带动骨架的震动,骨架的震动会带动 PCB 板的震动,这 4 个单位,震动频率如落在 20-20KHz 的频率范围内,会听到 呲呲 声,也被称为电感的啸叫声。

  在 TWS 耳机中会使用到的电感种类较多,有精密绕线电感,大电流叠层电感,磁胶 NR 电感等。其中精密绕线电感兼顾电流大、体积小、高效率等特性,在 TWS 耳机的应用最为普遍,但同时也有一些小的缺陷:

  1、在应用过程中,TWS 耳机采用的普通精密绕线电感,因为结构是非屏蔽式的,所以在通电时,会存在开放式的感应磁场,对周边一些抗干扰较为敏感的器件会直接影响其性能表现,如喇叭、触摸 IC、RF 等等。其主板外侧通常会设计有屏蔽贴纸。

  2、因为其开放式的磁场干扰,普通精密绕线电感的底部也不能走线,对于寸土寸金的 TWS 耳机主板来说,给工程师画板增添了重重障碍。

  3、除了通电时较强的磁场干扰外,普通精密绕线电感在个别情况下也会碰到如充电仓一样的啸叫问题。因为 TWS 耳机主控芯片的选择很多,不同主控芯片或升压芯片的电源管理方案不尽相同,而精密绕线电感,没有任何屏蔽措施,其一旦发生啸叫,是比较明显的。

  4、因为其非全屏蔽的结构,普通精密绕线电感底部的铜线是裸露在外的,而生产贴片过程中,高温的锡膏会有小概率溅射到铜线上,如若铜线的质量一般,会被烫穿,甚至半烫穿,导致产品流入终端市场使用一段时间后,造成功能失效,影响品牌口碑。

  以上就是传统电感在 TWS 耳机和充电盒的实际应用中可能会出现的问题,应用于充电仓内的磁胶电感有几率产生啸叫声,应用于 TWS 耳机内的精密绕线电感对于 PCB 设计、屏蔽设计和品控等方面都有较高要求。下面我们再来了解一下什么类型的电感称得上是优质电感。

  通过上述分析我们可以看到,TWS 耳机和充电盒对于优质电感的需求其实是不一样的。优质和传统没有好坏之分,只是谁更适用于 TWS 耳机这类产品。

  在充电仓的实际应用中,一体成型电感可谓优质电感,因为相比于磁胶电感,其功率密度大,同等体积电流更大、效率更高;并且因为其工艺结构,磁屏蔽效果更为出色,能有效改善啸叫的问题。一体成型电感效率更高,能给终端产品带来更出色的续航能力。

  在 TWS 耳机的应用中,磁屏蔽精密绕线电感是优质之选,目前市面上出现了通过涂胶包裹的半磁屏蔽精密绕线电感和全磁屏蔽精密绕线电感两种。其屏蔽层含有磁粉,能增强磁导率,从而增强其产品特性,能够更好地提升性能。半磁屏蔽电感底部未进行涂胶包裹,这虽然在一定程度上优化了普通精密绕线电感的部分问题,但相较于全磁屏蔽还不够完善。

  不要小看了这一个面的区别,电感底部不进行屏蔽处理,底部的磁力线依然是开放的,所以底部不能进行信号线走线,同时也存在着铜线受损的风险影响品控。

  全磁屏蔽精密绕线电感则可以优化这些问题,并且其磁力线分布更为集中,可以有效降低对于周围电路的干扰,防止了线圈在贴片过程中受损。并且,全磁屏蔽精密绕线电感包裹的涂层也有效降低了杂音,防止啸叫的发生。

  既然全磁屏蔽精密绕线电感如此优质,为什么市面上大多数 TWS 耳机还是采用了普通精密绕线电感呢?我爱音频网了解到,这是因为其制造工艺难度较大,难在要解决底部屏蔽层的平整性,使得磁力线分布更均匀,对周边的干扰可控性更强。

  目前,在国际市场上也只有日本太诱一家可以生产全磁屏蔽精密绕线电感,国内市场首家突破这一工艺难度的电感厂商是三体微电子,其推出的全磁屏蔽功率精密绕线电感 SDHL 系列产品(如图所示),目前已进入量产阶段。

  我爱音频网了解到,三体微开发的这项 SDHL Series 技术处于国内领先,很快将推出超小封装系列,以达到国际领先水平。全磁屏蔽功率精密绕线电感 SDHL 系列贴近实际应用,解决使用中的痛点,目前已在 TWS 耳机领域,小型 / 微型通讯模块类产品,智能手表等领域受到了市场的一致好评。

  三体微电子技术有限公司是设计、制造和销售高性能的磁性功率元器件的厂商。总部设在东莞市。三体微的产品种类主要有一体成型功率电感,磁胶绕线电感,精密绕线电感,全磁屏蔽精密绕线电感,叠层电感,组装 / 定制电感,以及内置于电源模块内的功率电感等等。

  三体微核心成员均服务于半导体行业拥有 15 年以上工作经验,研发核心人员来自全球知名电感厂商,拥有先进的原材料配方研发团队,先进的设备模具改造团队,从终端产品的视角定义产品规划,同时兼顾与主平台的紧密合作,提前布局未来市场,产线配备目前顶尖的全自动化生产设备,团队有活力,服务意识强,响应快。专注为每一个客户提供最适合的解决方案。

  TWS 耳机是典型的小型化与高集成度相结合的电子设备,其内部空间紧凑,寸土寸金,各类元器件都在向尺寸更小、性能更强、安全度更高等方面靠拢,电感就是其中之一。并且,随着 TWS 耳机功能的不断丰富,耳机内的控制芯片类型增加,其需要的外围电感数量也就更多,市场对其有着较高的需求。

  目前在 TWS 耳机电感的选择上,充电盒采用磁胶电感、耳机采用普通磁开路精密绕线电感是较为普遍的。从产品升级的角度来看,一体成型电感磁屏蔽效果出色,能有效改善啸叫问题,功率密度大,能给终端产品带来更出色的续航能力,在充电盒中可能会被更广泛的应用。

  全磁屏蔽精密绕线电感进行了全方位的涂胶包裹,其屏蔽层含有磁粉,能增强磁导率,提升产品效率;另一方面其底部可以走线,大大方便了 TWS 耳机工程师的主板设计,但碍于制造工艺难度较大,迟迟未能普及。

  在国内市场上,三体微电子率先掌握了全磁屏蔽功率精密绕线电感的制造工艺,其产品已进入量产阶段,未来还将推出超小封装系列,推动这一市场发展。想要了解更多方面电感信息及全磁屏蔽精密绕线电感的小伙伴们可以通过以下方式联系三体微电子。