振動(dòng)馬達(dá)應(yīng)用驅(qū)動(dòng)電路
發(fā)布時(shí)間:2009-08-04
振動(dòng)馬達(dá)用于各種應(yīng)用中,包括手機(jī)、游戲操縱桿、手持游戲機(jī)、尋呼機(jī)、牙刷及剔須刀等。最令人感興趣的是手機(jī)市場(chǎng),該市場(chǎng)的全球手機(jī)出貨量在2007年已經(jīng)超過10億部。手機(jī)市場(chǎng)推動(dòng)著微型振動(dòng)馬達(dá)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)方面的創(chuàng)新。較小的手機(jī)要求馬達(dá)占用較少的PCB面積,并需要馬達(dá)采用較薄的設(shè)計(jì)。手機(jī)中還采用了進(jìn)行來電顯示振鈴及游戲應(yīng)用的馬達(dá)。
多數(shù)振動(dòng)馬達(dá)由一個(gè)較小的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一個(gè)偏心配重,如圖1所示。馬達(dá)為直流有刷或無刷電機(jī),有兩種基本的結(jié)構(gòu):硬幣狀(扁平)與圓柱形(條狀)。
柱型馬達(dá)是采用傳統(tǒng)軸向設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單有刷電機(jī),如圖2所示。用于多種應(yīng)用中,但由于體積較大,不適合在手機(jī)中應(yīng)用。柱型馬達(dá)在手機(jī)中需要較大的空間,直徑是所有振動(dòng)馬達(dá)中最大的。
在電刷切換馬達(dá)線圈的電流時(shí),所有的有刷電機(jī)在換向點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電火花。這些電火花是寬帶射頻干擾(RFI)的最佳發(fā)射源。電刷會(huì)發(fā)生磨損,這是馬達(dá)故障的最主要原因。
更小、更薄的設(shè)計(jì)需求促成了將有刷電機(jī)技術(shù)用于扁平振動(dòng)馬達(dá)中,如圖3所示。與電刷接觸的換向點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子中的電動(dòng)線圈進(jìn)行激勵(lì)。激勵(lì)線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng),該磁場(chǎng)可與集成在定子中的環(huán)形磁鐵作用,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示,換向點(diǎn)以交變的極性對(duì)排列,當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈在通過換向點(diǎn)時(shí)不斷地改變極性。馬達(dá)如此以與所施加電壓成正比例的速度持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。扁平振動(dòng)馬達(dá)中更復(fù)雜的電刷一般比柱形馬達(dá)電刷的可靠性差一些。
無刷振動(dòng)電機(jī)
如前所述,無刷電機(jī)具有較長(zhǎng)的壽命,并由于產(chǎn)生的電火花較少,也沒有了RFI干擾。無刷直流(BLDC)設(shè)計(jì)還提供業(yè)內(nèi)直徑最小、厚度最薄的扁平振動(dòng)馬達(dá)。圖4介紹了這種馬達(dá)的基本構(gòu)造。
在這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中,轉(zhuǎn)子組件中包含了磁鐵和在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的配重。較大的線圈移到了定子內(nèi)部,在定子中連接到控制IC。
[page]
數(shù)字換向與線性軟開關(guān)避免了電火花,從而也避免了RFI干擾。Allegro完全集成的A1442霍爾效應(yīng)傳感器與精密放大器通過比較器電路連接到一個(gè)內(nèi)部全橋輸出電路,該比較器可確定適當(dāng)?shù)膿Q向點(diǎn)。圖4中馬達(dá)的第三條線是可選的,它連接到A1442的啟用針腳(enablepin),用作控制主動(dòng)制動(dòng)與睡眠功能。第三線可將IC針腳連接到PCB的VCC。
A1442是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)唯一必須的的IC。圖5所示的功能模塊圖說明了設(shè)備運(yùn)行和先進(jìn)的特性。注意圖4和圖5中,采用集成的霍爾傳感器免除了外部霍爾傳感器,從而減少了馬達(dá)PCB元件數(shù)量。唯一所需的外部元件是一種標(biāo)準(zhǔn)電路特性——位于應(yīng)用馬達(dá)安裝PCB上的0.1µF的旁路電容,它用于降低在開關(guān)電源的電感負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓峰值。
軟開關(guān)與換向
當(dāng)設(shè)備加電時(shí),它可檢測(cè)到磁場(chǎng)并激活電橋?;顒?dòng)的晶體管根據(jù)磁極來設(shè)定。南極磁場(chǎng)激活輸出晶體管Q1與Q4,驅(qū)動(dòng)電流從VOUT1流行VOUT2。當(dāng)北極磁場(chǎng)出現(xiàn)接近時(shí)(旋轉(zhuǎn)),Q1與Q4關(guān)閉,而Q2和Q3導(dǎo)通。該驅(qū)動(dòng)電流從VOUT2流向VOUT1,從而逆轉(zhuǎn)了經(jīng)過線圈的電流方向。
馬達(dá)的設(shè)計(jì)會(huì)有所變化,但其最大的轉(zhuǎn)速范圍從9,000rpm到15,000rpm。多數(shù)的設(shè)計(jì)采用四極的轉(zhuǎn)子磁鐵,有些少數(shù)的設(shè)計(jì)采用六極磁鐵。使用這些參數(shù),使用下面的等式可輕松地計(jì)算出換向開關(guān)頻率(fCS,Hz):
fCS=RPM×PP/60,
其中PP為磁極對(duì)的數(shù)量。對(duì)于轉(zhuǎn)速為9,000rpm的四極磁鐵,fCS為300Hz。對(duì)于轉(zhuǎn)速為9,000rpm的四極磁鐵,fCS為750Hz。因此,換向信號(hào)與線圈電流開關(guān)事件均在在音頻范圍內(nèi)。軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)算法為通過逐漸降低線圈中的電流然后反轉(zhuǎn)其方向,可減少由開關(guān)感應(yīng)馬達(dá)線圈負(fù)載所產(chǎn)生的音頻噪音及EMI。圖6時(shí)序圖說明了開關(guān)活動(dòng)的過程。
主動(dòng)制動(dòng)、睡眠模式、防空轉(zhuǎn)
A1442BLDC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路集成了主動(dòng)制動(dòng)功能,可用于快速停止或啟動(dòng)循環(huán)。當(dāng)手機(jī)處于睡眠模式時(shí),快速停止或啟動(dòng)循環(huán)在手機(jī)振鈴、來電顯示中十分有用,也用于游戲應(yīng)用中。制動(dòng)功能可用睡眠針腳激活,如圖5所示。
在一個(gè)低信號(hào)施加到睡眠針腳時(shí),馬達(dá)會(huì)啟動(dòng)主動(dòng)制動(dòng)功能:反轉(zhuǎn)輸出橋的極性,從而反轉(zhuǎn)電流方向。反轉(zhuǎn)電流方向而使磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)的效果,是為了施加一個(gè)以反方向旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的力,這樣可迅速地降低其速度。制動(dòng)后,馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉活動(dòng)電路IC,而進(jìn)入睡眠模式。
在睡眠模式下,IC的電流消耗通常小于1µA。睡眠模式可免除客戶PCB上的FET晶體管,不然必須要有這種晶體管來關(guān)閉或開啟馬達(dá)的電源。這樣,電機(jī)就可永久地連接到電池上。
如果電機(jī)停止,驅(qū)動(dòng)電路會(huì)發(fā)起一個(gè)防空轉(zhuǎn)算法。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)停止時(shí),輸出會(huì)不斷地開啟與關(guān)閉來重啟馬達(dá)。開關(guān)循環(huán)生成力矩循環(huán)來抖動(dòng)電機(jī)以增加啟動(dòng)的機(jī)會(huì)。它還預(yù)防能損壞馬達(dá)線圈的連續(xù)停止電流。
A1442中集成了反向電池保功能,以防止馬達(dá)線錯(cuò)誤地反焊到PCB上,這樣也便于重新加工。如果設(shè)備關(guān)閉時(shí)線圈的輸出意外地短路,馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的熱關(guān)閉保護(hù)功能會(huì)在IC預(yù)熱時(shí)禁用輸出。反向電池保與熱關(guān)閉對(duì)組裝車間及在OEM電路板裝配線上返工是非常強(qiáng)大的功能。
隨著超薄設(shè)計(jì)的出現(xiàn),振動(dòng)馬達(dá)的厚度成為一個(gè)重要的賣點(diǎn)?,F(xiàn)在馬達(dá)厚度接近1.5mm甚至更薄,利用EW封裝–MLP(DFN)的最大總封裝高度0.4mm,長(zhǎng)度與寬度僅為1.5mm×2mm,可實(shí)現(xiàn)更大的設(shè)計(jì)靈活性。
多數(shù)振動(dòng)馬達(dá)由一個(gè)較小的電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)一個(gè)偏心配重,如圖1所示。馬達(dá)為直流有刷或無刷電機(jī),有兩種基本的結(jié)構(gòu):硬幣狀(扁平)與圓柱形(條狀)。
柱型馬達(dá)是采用傳統(tǒng)軸向設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單有刷電機(jī),如圖2所示。用于多種應(yīng)用中,但由于體積較大,不適合在手機(jī)中應(yīng)用。柱型馬達(dá)在手機(jī)中需要較大的空間,直徑是所有振動(dòng)馬達(dá)中最大的。
在電刷切換馬達(dá)線圈的電流時(shí),所有的有刷電機(jī)在換向點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電火花。這些電火花是寬帶射頻干擾(RFI)的最佳發(fā)射源。電刷會(huì)發(fā)生磨損,這是馬達(dá)故障的最主要原因。
更小、更薄的設(shè)計(jì)需求促成了將有刷電機(jī)技術(shù)用于扁平振動(dòng)馬達(dá)中,如圖3所示。與電刷接觸的換向點(diǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子中的電動(dòng)線圈進(jìn)行激勵(lì)。激勵(lì)線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng),該磁場(chǎng)可與集成在定子中的環(huán)形磁鐵作用,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示,換向點(diǎn)以交變的極性對(duì)排列,當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí),線圈在通過換向點(diǎn)時(shí)不斷地改變極性。馬達(dá)如此以與所施加電壓成正比例的速度持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。扁平振動(dòng)馬達(dá)中更復(fù)雜的電刷一般比柱形馬達(dá)電刷的可靠性差一些。
無刷振動(dòng)電機(jī)
如前所述,無刷電機(jī)具有較長(zhǎng)的壽命,并由于產(chǎn)生的電火花較少,也沒有了RFI干擾。無刷直流(BLDC)設(shè)計(jì)還提供業(yè)內(nèi)直徑最小、厚度最薄的扁平振動(dòng)馬達(dá)。圖4介紹了這種馬達(dá)的基本構(gòu)造。
在這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中,轉(zhuǎn)子組件中包含了磁鐵和在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)的配重。較大的線圈移到了定子內(nèi)部,在定子中連接到控制IC。
[page]
數(shù)字換向與線性軟開關(guān)避免了電火花,從而也避免了RFI干擾。Allegro完全集成的A1442霍爾效應(yīng)傳感器與精密放大器通過比較器電路連接到一個(gè)內(nèi)部全橋輸出電路,該比較器可確定適當(dāng)?shù)膿Q向點(diǎn)。圖4中馬達(dá)的第三條線是可選的,它連接到A1442的啟用針腳(enablepin),用作控制主動(dòng)制動(dòng)與睡眠功能。第三線可將IC針腳連接到PCB的VCC。
A1442是驅(qū)動(dòng)馬達(dá)唯一必須的的IC。圖5所示的功能模塊圖說明了設(shè)備運(yùn)行和先進(jìn)的特性。注意圖4和圖5中,采用集成的霍爾傳感器免除了外部霍爾傳感器,從而減少了馬達(dá)PCB元件數(shù)量。唯一所需的外部元件是一種標(biāo)準(zhǔn)電路特性——位于應(yīng)用馬達(dá)安裝PCB上的0.1µF的旁路電容,它用于降低在開關(guān)電源的電感負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓峰值。
軟開關(guān)與換向
當(dāng)設(shè)備加電時(shí),它可檢測(cè)到磁場(chǎng)并激活電橋?;顒?dòng)的晶體管根據(jù)磁極來設(shè)定。南極磁場(chǎng)激活輸出晶體管Q1與Q4,驅(qū)動(dòng)電流從VOUT1流行VOUT2。當(dāng)北極磁場(chǎng)出現(xiàn)接近時(shí)(旋轉(zhuǎn)),Q1與Q4關(guān)閉,而Q2和Q3導(dǎo)通。該驅(qū)動(dòng)電流從VOUT2流向VOUT1,從而逆轉(zhuǎn)了經(jīng)過線圈的電流方向。
馬達(dá)的設(shè)計(jì)會(huì)有所變化,但其最大的轉(zhuǎn)速范圍從9,000rpm到15,000rpm。多數(shù)的設(shè)計(jì)采用四極的轉(zhuǎn)子磁鐵,有些少數(shù)的設(shè)計(jì)采用六極磁鐵。使用這些參數(shù),使用下面的等式可輕松地計(jì)算出換向開關(guān)頻率(fCS,Hz):
fCS=RPM×PP/60,
其中PP為磁極對(duì)的數(shù)量。對(duì)于轉(zhuǎn)速為9,000rpm的四極磁鐵,fCS為300Hz。對(duì)于轉(zhuǎn)速為9,000rpm的四極磁鐵,fCS為750Hz。因此,換向信號(hào)與線圈電流開關(guān)事件均在在音頻范圍內(nèi)。軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)算法為通過逐漸降低線圈中的電流然后反轉(zhuǎn)其方向,可減少由開關(guān)感應(yīng)馬達(dá)線圈負(fù)載所產(chǎn)生的音頻噪音及EMI。圖6時(shí)序圖說明了開關(guān)活動(dòng)的過程。
主動(dòng)制動(dòng)、睡眠模式、防空轉(zhuǎn)
A1442BLDC馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路集成了主動(dòng)制動(dòng)功能,可用于快速停止或啟動(dòng)循環(huán)。當(dāng)手機(jī)處于睡眠模式時(shí),快速停止或啟動(dòng)循環(huán)在手機(jī)振鈴、來電顯示中十分有用,也用于游戲應(yīng)用中。制動(dòng)功能可用睡眠針腳激活,如圖5所示。
在一個(gè)低信號(hào)施加到睡眠針腳時(shí),馬達(dá)會(huì)啟動(dòng)主動(dòng)制動(dòng)功能:反轉(zhuǎn)輸出橋的極性,從而反轉(zhuǎn)電流方向。反轉(zhuǎn)電流方向而使磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)的效果,是為了施加一個(gè)以反方向旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的力,這樣可迅速地降低其速度。制動(dòng)后,馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉活動(dòng)電路IC,而進(jìn)入睡眠模式。
在睡眠模式下,IC的電流消耗通常小于1µA。睡眠模式可免除客戶PCB上的FET晶體管,不然必須要有這種晶體管來關(guān)閉或開啟馬達(dá)的電源。這樣,電機(jī)就可永久地連接到電池上。
如果電機(jī)停止,驅(qū)動(dòng)電路會(huì)發(fā)起一個(gè)防空轉(zhuǎn)算法。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)停止時(shí),輸出會(huì)不斷地開啟與關(guān)閉來重啟馬達(dá)。開關(guān)循環(huán)生成力矩循環(huán)來抖動(dòng)電機(jī)以增加啟動(dòng)的機(jī)會(huì)。它還預(yù)防能損壞馬達(dá)線圈的連續(xù)停止電流。
A1442中集成了反向電池保功能,以防止馬達(dá)線錯(cuò)誤地反焊到PCB上,這樣也便于重新加工。如果設(shè)備關(guān)閉時(shí)線圈的輸出意外地短路,馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的熱關(guān)閉保護(hù)功能會(huì)在IC預(yù)熱時(shí)禁用輸出。反向電池保與熱關(guān)閉對(duì)組裝車間及在OEM電路板裝配線上返工是非常強(qiáng)大的功能。
隨著超薄設(shè)計(jì)的出現(xiàn),振動(dòng)馬達(dá)的厚度成為一個(gè)重要的賣點(diǎn)?,F(xiàn)在馬達(dá)厚度接近1.5mm甚至更薄,利用EW封裝–MLP(DFN)的最大總封裝高度0.4mm,長(zhǎng)度與寬度僅為1.5mm×2mm,可實(shí)現(xiàn)更大的設(shè)計(jì)靈活性。
特別推薦
- 利用自動(dòng)化技術(shù)賦能中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化
- 三極管電路輸入電壓阻抗
- 晶振怎么用,你真的知道嗎?
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
- 思特威推出超星光級(jí)系列4MP圖像傳感器SC485SL
- HOLTEK新推出HT32F59045脈搏血氧儀MCU
技術(shù)文章更多>>
- 車用開關(guān)電源的開關(guān)頻率定多高才不影響EMC?
- 貿(mào)澤推出針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和智慧城市的工程技術(shù)資源中心
- “扒開”超級(jí)電容的“外衣”,看看超級(jí)電容“超級(jí)”在哪兒
- DigiKey 誠(chéng)邀各位參會(huì)者蒞臨SPS 2024?展會(huì)參觀交流,體驗(yàn)最新自動(dòng)化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國(guó)電子展高端元器件展區(qū)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
濾波電感
濾波器
路由器設(shè)置
鋁電解電容
鋁殼電阻
邏輯IC
馬達(dá)控制
麥克風(fēng)
脈沖變壓器
鉚接設(shè)備
夢(mèng)想電子
模擬鎖相環(huán)
耐壓測(cè)試儀
逆變器
逆導(dǎo)可控硅
鎳鎘電池
鎳氫電池
紐扣電池
歐勝
耦合技術(shù)
排電阻
排母連接器
排針連接器
片狀電感
偏光片
偏轉(zhuǎn)線圈
頻率測(cè)量?jī)x
頻率器件
頻譜測(cè)試儀
平板電腦