Odbiorcy: Liderzy ds. inżynierii sprzętowej, architekci firmware'u OEM oraz inżynierowie ds. zgodności, którzy muszą rozumieć dobór układu scalonego ładowarki, profil CC-CV oraz zachowanie ochrony termicznej JEITA w SKU długopisów czytających. Odbiorcy drugorzędni: kierownicy QA projektujący plany walidacji termicznej oraz inżynierowie terenowi debugujący reklamacje dotyczące czasu ładowania.
Program szkolny ze ZEA skontaktował się z nami w Q1 2026, ponieważ 14% ich długopisów K7 ładowało się jedynie do 87%, mimo że dioda LED zmieniała kolor na zielony. Pierwotna przyczyna: układ scalony ładowarki z prądem terminacji 100 mA — zbyt wysokim dla ogniwa Li-ion 14500 o pojemności 800 mAh w modelu K7. Ponownie dostroiliśmy terminację do 50 mA i problem zniknął. Dobór układu scalonego ładowarki ma kluczowe znaczenie w projektowaniu długopisu czytającego. Każdy długopis czytający (B1, B2, F8, K7, KF1, L5, P2, Q6, Q8, T2, Y6) jest dostarczany z określonym układem scalonym ładowarki i profilem CC-CV, a niniejszy przewodnik omawia, w jaki sposób te wybory mapują się na czas ładowania, zachowanie termiczne i długoterminową żywotność ogniwa.
1. Trzy topologie układów scalonych ładowarki, które stosujemy
Stosujemy trzy topologie układów scalonych ładowarki: liniową w B1, B2, F8, P2; impulsową w trybie buck w K7, KF1, Q6, Q8; oraz impulsową buck wysokoprądową w L5, T2, Y6. Ładowarka liniowa ma najniższy koszt (0,18 USD w BOM wobec 0,42 USD za impulsową), ale rozprasza różnicę napięcia wejścia i wyjścia jako ciepło. W B1 przy napięciu wejściowym 5 V i ogniwie 3,7 V przy prądzie ładowania 0,5 A ładowarka liniowa rozprasza (5,0 - 3,7) × 0,5 = 0,65 W, co stanowi 13% mocy wejściowej. W P2 przy prądzie ładowania 0,25 A rozpraszanie wynosi 0,33 W.
Ładowarka impulsowa buck w K7 i KF1 pracuje z częstotliwością 1,2 MHz i sprawnością 92% przy wejściu 5 V/1,5 A oraz wyjściu 4,2 V/0,8 A. Rozwiązanie impulsowe dodaje 0,24 USD do BOM, ale umożliwia szybkości ładowania 1 C bez kary termicznej. L5, T2, Y6 wykorzystują ładowarkę impulsową buck wysokoprądową obsługującą prąd wyjściowy do 3 A przy sprawności 94%.
| SKU | Topologia ładowarki | Maksymalny prąd ładowania | Sprawność przy maksimum | Rozpraszanie cieplne | Zakres napięcia ogniwa |
|---|---|---|---|---|---|
| B1 | Liniowa | 350 mA | 74% | 0,65 W | 3,0–4,2 V |
| B2 | Liniowa | 400 mA | 74% | 0,78 W | 3,0–4,2 V |
| F8 | Liniowa | 300 mA | 74% | 0,54 W | 3,0–4,2 V |
| K7 | Impulsowa buck | 800 mA | 92% | 0,32 W | 3,0–4,2 V |
| KF1 | Impulsowa buck | 800 mA | 92% | 0,32 W | 3,0–4,2 V |
| L5 | Impulsowa buck | 1200 mA | 94% | 0,46 W | 3,0–4,2 V |
| P2 | Liniowa | 250 mA | 74% | 0,33 W | 3,0–4,2 V |
| Q6 | Impulsowa buck | 900 mA | 93% | 0,36 W | 3,0–4,2 V |
| Q8 | Przetwornica buck | 1,000 mA | 93% | 0,40 W | 3,0–4,2 V |
| T2 | Przetwornica buck | 2,500 mA | 94% | 1,10 W | 3,0–4,2 V |
| Y6 | Przetwornica buck | 2,000 mA | 94% | 0,88 W | 3,0–4,2 V |
2. Profil stałoprądowo-stałonapięciowy (CC-CV)
Każdy układ ładowarki realizuje profil ładowania CC-CV. Ładowarka rozpoczyna pracę w trybie stałoprądowym z znamionowym prądem ładowania, aż ogniwo osiągnie napięcie 4,2 V, następnie przechodzi w tryb stałonapięciowy, utrzymując 4,2 V, podczas gdy prąd naturalnie opada. Ładowanie kończy się, gdy prąd spadnie poniżej zaprogramowanego progu. Prąd zakończenia ładowania jest najbardziej diagnostycznym parametrem: zbyt wysoki powoduje przedwczesne zakończenie (wspomniany problem w ZEA); zbyt niski wydłuża czas ładowania bez zwiększania pojemności. Nasze prądy zakończenia ładowania:
| SKU | Pojemność | Prąd zakończenia | Stopień C zakończenia |
|---|---|---|---|
| B1 | 700 mAh | 35 mA | 0,05 C |
| B2 | 800 mAh | 40 mA | 0,05 C |
| F8 | 600 mAh | 30 mA | 0,05 C |
| K7 | 800 mAh | 40 mA | 0,05 C |
| KF1 | 800 mAh | 40 mA | 0,05 C |
| L5 | 1,200 mAh | 60 mA | 0,05 C |
| P2 | 500 mAh | 25 mA | 0,05 C |
| Q6 | 900 mAh | 45 mA | 0,05 C |
| Q8 | 1,000 mAh | 50 mA | 0,05 C |
| T2 | 2 500 mAh | 125 mA | 0,05 C |
| Y6 | 2 000 mAh | 100 mA | 0,05 C |
Reguła zakończenia ładowania 0,05 C jest konserwatywnym standardem branżowym zapewniającym, że ogniwo osiąga co najmniej 98% rzeczywistej pojemności pod koniec ładowania. Bardziej agresywne 0,10 C skróciłoby czas o 6–9 minut, ale pozostawiłoby 1,5–2,0% pojemności niewykorzystane, co po 500 cyklach kumuluje się w 4–6% efektywnej utraty.
3. Ochrona termiczna JEITA i ładowanie w gorącym klimacie
Układy ładowarki w modelach Q6, Q8, L5, T2, Y6 obsługują profil ochrony termicznej JEITA. Profil dzieli temperaturę ogniwa na pięć zakresów:
- Zakres 1 (T < 0 °C): ładowanie wstrzymane; interkalacja litu poniżej zera jest niemożliwa.
- Zakres 2 (0 °C ≤ T < 10 °C): prąd zredukowany do 50% wartości znamionowej, napięcie zredukowane do 4,05 V z 4,2 V.
- Zakres 3 (10 °C ≤ T < 45 °C): normalne ładowanie pełnym prądem przy 4,2 V.
- Zakres 4 (45 °C ≤ T < 60 °C): napięcie zredukowane do 4,05 V, prąd zredukowany do 70%.
- Zakres 5 (T ≥ 60 °C): ładowanie wstrzymane.
Implementacja wykorzystuje termistor NTC 10 kΩ zamontowany na obudowie ogniwa lub powierzchni pakietu, a układ ładowarki mierzy stosunek dzielnika napięcia z częstotliwością 5 Hz. Termistor kosztuje 0,04 USD za sztukę i wydłuża cykl montażu o 1,4 sekundy. Ochronę JEITA stosujemy w każdym modelu premium od 2023 roku oraz w modelach Q6, Q8 od 2024 roku. Modele ekonomiczne B1, B2, F8, P2 nie obsługują JEITA; stosują prostsze twarde odcięcie przy 45 °C.
Wskazówka dla kupującego: Jeśli Twoje wdrożenie obejmuje regiony o gorącym klimacie (średnia temperatura otoczenia > 35 °C), wybierz w układzie ładowarki redukcję napięcia z zakresu 4 JEITA. Redukcja napięcia z 4,2 V do 4,05 V w podwyższonej temperaturze wydłuża żywotność cykliczną o 18–24% i jest jedną z najbardziej opłacalnych poprawek niezawodności dla programu czytników piór w gorącym klimacie.
4. Ładowanie wstępne i kwalifikacja głęboko rozładowanych ogniw
Gdy pióro czytające pozostaje nieużywane przez trzy miesiące, napięcie ogniwa może spaść do 2,4 V lub niżej. Przy takim napięciu ogniwo znajduje się poza bezpiecznym oknem interkalacji litu, a bezpośrednie ładowanie CC-CV może powodować wzrost dendrytyczny litu. Układ ładowarki obsługuje to dzięki fazie ładowania wstępnego: gdy napięcie ogniwa spada poniżej 3,0 V, ładowarka dostarcza 10% prądu znamionowego do momentu, aż napięcie wzrośnie do 3,0 V, a następnie przechodzi do normalnej fazy CC.
Nasze prądy ładowania wstępnego to:
| SKU | Prąd ładowania wstępnego | Próg napięcia ładowania wstępnego |
|---|---|---|
| B1 | 35 mA | 3,0 V |
| B2 | 40 mA | 3,0 V |
| F8 | 30 mA | 3,0 V |
| K7 | 80 mA | 3,0 V |
| KF1 | 80 mA | 3,0 V |
| L5 | 120 mA | 3,0 V |
| P2 | 25 mA | 3,0 V |
| Q6 | 90 mA | 3,0 V |
| Q8 | 100 mA | 3,0 V |
| T2 | 250 mA | 3,0 V |
| Y6 | 200 mA | 3,0 V |
Ogniwo, które nie osiągnie 3,0 V w ciągu 30 minut ładowania wstępnego, jest oznaczane przez układ ładowarki jako wadliwe, a ładowanie zostaje zakończone. Dioda LED miga trzykrotnie na czerwono, a pióro odmawia dalszego ładowania. Ta funkcja bezpieczeństwa zapobiega ładowaniu uszkodzonego lub głęboko rozładowanego ogniwa. Detekcję wadliwych ogniw stosujemy w każdym SKU od 2024 roku i przez 30 miesięcy nie odnotowaliśmy żadnego termicznego rozbiegu.
5. Wzorce czasu ładowania w całym katalogu
Czas ładowania zależy od prądu ładowania, prądu zakończenia oraz pojemności ogniwa. Wartości referencyjne zakładają źródło 5 V\/1,5 A USB-C dla modeli USB-C oraz dołączone źródło 5 V\/0,5 A dla modeli micro-B.
| SKU | Źródło | Czas 0–80% | Czas 0–100% | Energia do 100% |
|---|---|---|---|---|
| B1 | 5 V \/ 0,5 A | 110 min | 152 min | 3,10 Wh |
| B2 | 5 V \/ 0,5 A | 96 min | 132 min | 3,50 Wh |
| F8 | 5 V \/ 1,5 A | 92 min | 128 min | 2,70 Wh |
| K7 | 5 V \/ 1,5 A | 38 min | 52 min | 3,50 Wh |
| KF1 | 5 V \/ 1,5 A | 38 min | 52 min | 3,50 Wh |
| L5 | 9 V \/ 2 A | 32 min | 46 min | 5,20 Wh |
| P2 | 5 V \/ 0,5 A | 90 min | 124 min | 2,20 Wh |
| Q6 | 12 V \/ 1,5 A | 30 min | 42 min | 4,00 Wh |
| Q8 | 12 V \/ 1,5 A | 32 min | 44 min | 4,40 Wh |
| T2 | 9 V \/ 2 A | 42 min | 68 min | 10,80 Wh |
| Y6 | 9 V \/ 2 A | 38 min | 62 min | 8,80 Wh |
SKU z micro-B są wyraźnie wolniejsze, ponieważ dołączona ładowarka ma tylko 0,5 A. Kupujący, który przejdzie na ładowarkę micro-B 1 A innej firmy, może skrócić czas ładowania B1, B2, P2 o 18–24 minut bez zmiany oprogramowania sprzętowego. Dokumentujemy to w instrukcji obsługi.
6. Zachowanie termiczne podczas szybkiego ładowania
Szybkie ładowanie przy 1 C lub wyższym generuje ciepło, które musi być odprowadzane przez obudowę. Zmierzyliśmy temperaturę powierzchni obudowy w miejscu ogniwa podczas ładowania 1 C w modelach K7, KF1, L5, Q6, Q8, T2, Y6. Temperatury szczytowe przy temperaturze otoczenia 25 °C:
| SKU | Szczytowa T obudowy (1 C, 25 °C) | Szczytowa T obudowy (1 C, 35 °C) | Limit termiczny |
|---|---|---|---|
| K7 | 36,4 °C | 45,2 °C | 50 °C |
| KF1 | 36,4 °C | 45,2 °C | 50 °C |
| L5 | 38,6 °C | 47,6 °C | 50 °C |
| Q6 | 37,8 °C | 46,8 °C | 50 °C |
| Q8 | 38,2 °C | 47,2 °C | 50 °C |
| T2 | 41,4 °C | 50,4 °C (obniża moc) | 50 °C |
| Y6 | 40,6 °C | 49,6 °C (obniża moc) | 50 °C |
Limit 50 °C to granica JEITA Region 4. Przy temperaturze otoczenia 25 °C żaden SKU nie osiąga limitu. Przy 35 °C modele T2 i Y6 osiągają limit, a oprogramowanie sprzętowe obniża prąd ładowania o 30%, aby utrzymać temperaturę obudowy poniżej 50 °C. Obniżenie wydłuża czas ładowania T2 z 42 do 56 minut przy 35 °C, a Y6 z 38 do 52 minut. Jest to udokumentowane w instrukcji obsługi i oczekiwane w ramach JEITA Region 4.
7. Limity bezpieczeństwa i redundantne zabezpieczenia
Każdy układ ładowarki implementuje cztery warstwy zabezpieczeń:
- Zabezpieczenie nadnapięciowe wejścia przy 6,5 V na VBUS: wyłączenie, jeśli wejście przekroczy 6,5 V.
- Zabezpieczenie nadnapięciowe ogniwa przy 4,30 V: ładowanie zostaje zakończone i zablokowane. Odblokowanie wymaga cyklu zasilania.
- Timeout ładowania po 8 godzinach: jeśli ładowanie nie zakończy się w ciągu 8 godzin, ładowarka przerywa pracę i blokuje się. Chroni przed awarią termistora lub zawieszeniem układu.
- Wyłączenie termiczne przy 145 °C na złączu: ostatnia ochrona na poziomie krzemu.
Cztery zabezpieczenia są testowane w każdej partii produkcyjnej. Nie mieliśmy ani jednego zdarzenia bezpieczeństwa wywołanego w terenie w ponad 47 000 wysłanych urządzeń od 2023 roku. Branżowy wskaźnik zdarzeń bezpieczeństwa (według ankiety UL z 2024 r.) wynosi 1 na 4,2 miliona ogniw; przy naszej wielkości statystycznie oczekujemy zdarzenia bezpieczeństwa co 89 lat.
8. Wybór dostawcy układu ładowarki i drugie źródło
Korzystamy z trzech dostawców układów ładowarek. Tier ekonomiczny (B1, B2, F8, P2) używa chińskiego dostawcy, z którym współpracujemy od 2019 roku. Tier średni (K7, KF1, Q6, Q8) używa tajwańskiego dostawcy Tier-1, zakwalifikowanego w 2022 roku. Tier premium (L5, T2, Y6) używa amerykańskiego dostawcy Tier-1, zakwalifikowanego w 2021 roku. Wszyscy trzej mają umowy o drugie źródło, audytowane corocznie w cyklu 12-miesięcznym.
Kwalifikacja drugiego źródła trwa 16 tygodni: 4 tygodnie przeglądu karty katalogowej, 4 tygodnie walidacji na stanowisku, 4 tygodnie przyspieszonych testów żywotności, 4 tygodnie testów kompatybilności drop-in na partii pilotażowej. Zakończyliśmy kwalifikację drugiego źródła dla tajwańskiego układu i jesteśmy 8 tygodni w kwalifikacji u dostawcy amerykańskiego.
9. Kompatybilność układu ładowarki ze źródłami solarnymi i DC
Rosnąca liczba programów szkolnych w Afryce Subsaharyjskiej i wiejskich Indiach wdraża solarne wózki ładujące. Wózki zazwyczaj dostarczają 12 V lub 24 V DC przez przetwornik buck do 5 V USB. Nasze układy ładowarek są kompatybilne z każdym źródłem DC 4,5–5,5 V spełniającym USB BC1.2. Walidowaliśmy kompatybilność z wózkami solarnymi dla L5, Q6, Q8, T2, Y6 z trzema dostawcami wózków solarnych.
W przypadku źródeł DC powyżej 5,5 V (np. solarne 12 V), kontrakt USB-C PD w L5, T2, Y6 negocjuje 9 V lub 12 V ze źródła, a ładowarka buck przyjmuje wyższe napięcie bezpośrednio. Modele K7, KF1, Q6, Q8 obsługują tylko 5 V i wymagają, aby przetwornik buck wózka solarnego dostarczał stabilizowane 5 V. Prowadzimy listę rekomendowanych dostawców wózków solarnych w naszej dokumentacji kanału hurtownia piór do czytaniadokumentacja kanału.
10. 12-miesięczna roadmap technologii układów ładowarek
Śledzimy cztery ulepszenia układów ładowarek, które trafią do katalogu do Q4 2026. Po pierwsze, przełączająca ładowarka oparta na GaN w przyszłym SKU premium o sprawności 96% przy pełnym obciążeniu i 35% niższym rozpraszaniu ciepła. Po drugie, ładowanie dwukierunkowe, które pozwala pióru działać jako powerbank 5 V/0,5 A do awaryjnego ładowania telefonu. Po trzecie, adaptacyjny algorytm profilu ładowania, który uczy się dziennego wzorca rozładowania użytkownika i dostosowuje prąd ładowania, aby zminimalizować obciążenie cykli. Po czwarte, ładowanie bezprzewodowe w przyszłym SKU premium w specyfikacji Qi 1.3, dodające 2,40 USD do BOM i zmniejszające sprawność ładowania o 28%.
Opublikujemy raport uzupełniający po wysyłce ładowarki GaN w próbach terenowych. W międzyczasie architektura układu ładowarki w naszym katalogu jest dojrzała, dobrze zwalidowana i dobrze wspierana, a każdego kupującego OEM z wymaganiem niestandardowego profilu ładowania zapraszamy do kontaktu w naszym pióra do czytania ODM działu w celu oceny wykonalności.
Odpisz w ciągu 14 dni, podając słowo CHARGER , a wyślemy 6 układów scalonych ładowarki (po jednym na każdą topologię) wraz z kartą katalogową i projektem referencyjnym do laboratoryjnej walidacji profilu ładowania w Twoim laboratorium przed zatwierdzeniem projektu.
Powiązane lektury
- Zarządzanie zasilaniem i optymalizacja czasu pracy pióra do czytania
- Pióro do czytania — ładowanie Type-C PD QC BC1.2 wyjaśnione
- Pióro do czytania — cykle życia akumulatora i utrata pojemności
- Pióro do czytania — układ PMIC (Power Management IC)
- Pióro do czytania — cykle wkładania złącza Type-C
- Pióro do czytania — bezpieczeństwo akumulatora litowo-polimerowego
- Pióro do czytania — Energy Star i niski pobór mocy w trybie czuwania
- Pióro do czytania — projekt PCB i kompatybilność EMC