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具有動態(tài)過流檢測功能的智能門鎖電機驅(qū)動IC設(shè)計方案

發(fā)布時間:2021-12-21 來源:Dialog 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本文介紹了一個具有動態(tài)過流檢測功能的智能門鎖電機驅(qū)動集成電路(IC)設(shè)計方案,該設(shè)計可支持不同的電源電壓和負載。


目前,大多數(shù)智能門鎖使用電池供電。電池使用壽命通常約為6個月,最長可達一年。電池使用壽命的長短取決于所使用的無線技術(shù)(Wi-Fi、藍牙、ZigBee)以及門鎖開和關(guān)的頻率。


本設(shè)計示例中的電機采用四節(jié)AA電池供電。


智能門鎖制造商使用不同的方式來檢測鎖舌打開或關(guān)閉的完成狀態(tài):限位開關(guān)、固定在軸上的加速度計、霍爾傳感器和齒輪上的磁鐵組等。它們都需要相應(yīng)的外部組件和電機驅(qū)動IC。


鎖舌位置檢測方案之一是測量電機電流,當(dāng)鎖舌鎖定時關(guān)閉電機,同時電機電流也上升到定義的閾值(見圖1)。這種方法不需要額外的組件。不過,門限值必須根據(jù)相對應(yīng)的特定的電源電壓來確定,通常是滿電狀態(tài)的電池電壓。


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圖1:電機電流波形


該設(shè)計的一項改進之處是測量每個電機的均方根(RMS)電流,并設(shè)置不同的電流閾值用以補償不同電池電壓(參見圖2)。本文介紹了如何為這種設(shè)計方案配置高壓GreenPAK? IC的內(nèi)部邏輯資源。


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圖2:帶補償?shù)碾姍C電流波形


配置及運行原則


1.運行原則


該設(shè)計分為三個部分,如圖3所示:


●    電機堵轉(zhuǎn)檢測:如果電機啟動100 ms后電機電流過高,電機驅(qū)控芯片關(guān)閉其內(nèi)部機制,并測量修正電機電流。

●    電流保護閾值設(shè)置:電流CMP的Vref(GreenPAK? IC的內(nèi)部邏輯資源)取決于電機工作電流(設(shè)置為高于測量值)。

●    過流等待:如果在此期間電機工作電流高于所選值,則電機將被關(guān)閉。


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圖3:設(shè)計運行


2. HV GreenPAK內(nèi)部資源配置/設(shè)計


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圖4:HV GreenPAK設(shè)計


使用了當(dāng)前CMP的寄存器文件(RegFile)來測量電機電流。有16個值,它們從高到低切換(見圖 5)。


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圖5:寄存器文件(RegFile)數(shù)據(jù)


250 ms后,寄存器文件會向上切換兩個值(比如在250 ms之前達到Byte8的值,在250 ms后會切換到Byte10的值)以設(shè)置新的電流閾值,如圖6所示。當(dāng)電機電流增加到這個新的電流閾值時,該機制將關(guān)閉(見圖7)。


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圖6:寄存器文件使用


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圖7:電機關(guān)閉過程


對于不同的電源電壓和負載,電機電流會有所不同。對于更高的電機電流,“電機關(guān)閉保護電流水平”將會變得更高。


應(yīng)用電路


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圖8:典型的應(yīng)用電路


●    PIN#2電機ON —> 上升沿打開電機

●    PIN#3電機方向 —> 電機旋轉(zhuǎn)方向:HIGH —> 正向旋轉(zhuǎn),LOW —> 反向旋轉(zhuǎn)

●    VDD范圍:2.3 V – 5.5 V

●    VDD2范圍:3.6 V – 6.0 V


電機測試


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表1:電機參數(shù)


電源電壓為6.0 V時,電機啟動電流峰值約為2A,200 ms后降低至標稱值,具體值取決于電源電壓(見圖9-12)。


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圖9:電機啟動電流波形,電源電壓3.6 V


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圖10:電機空載電流,電源電壓3.6 V


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圖11:電機啟動電流波形,電源電壓6.0 V


1637234044467641.jpg圖12:電機空載電流,電源電壓6.0 V


設(shè)計運行波形


正常運行


●    電源電壓:6.0 V

●    電機均方根(RMS)電流:170 mA

●    電機關(guān)閉保護電流:620 mA


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圖13:空載電機,電源電壓6.0 V


●    電源電壓:3.6 V

●    電機均方根(RMS)電流:127 mA

●    電機關(guān)閉保護電流:460 mA


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圖14:空載電機,電源電壓3.6 V


●    電源電壓:3.0 V

●    電機均方根(RMS)電流:310 mA

●    電機關(guān)閉保護電流:670 mA


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圖15:負載電機,電源電壓3.0 V


啟動時電機堵轉(zhuǎn)


電機堵轉(zhuǎn)檢測時間為100 ms。如果在啟動后100 ms內(nèi)電機電流較高,則電機驅(qū)動將自動關(guān)閉。


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圖16:停轉(zhuǎn)的電機,電源電壓3.6 V – 6.0 V


總結(jié)


本文介紹了一個如何使用Dialog高壓GreenPAK芯片的具體示例,闡述了針對特定電機和電池組的集成電路的定制設(shè)計。這是一項非常靈活的電機控制和驅(qū)動解決方案,使用了可配置的內(nèi)部邏輯,支持設(shè)計人員的偏好。在GreenPAK芯片中集成了電機驅(qū)動意味著整個電路可以裝入一個很小的物理空間。


當(dāng)電機電流或電源電壓發(fā)生變化時,設(shè)計人員可以對電路進行定制。GreenPAK芯片還可以用來設(shè)計恒流和恒壓的電機驅(qū)控方案,并具有嵌入式保護功能,如過流、欠壓、過溫保護等。



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