基于SLG47513的電動(dòng)牙刷設(shè)計(jì)方案

在過去十年中,對(duì)口腔健康和衛(wèi)生給予了特別關(guān)注。這種趨勢(shì)正在推動(dòng)發(fā)明新的增強(qiáng)口腔健康技術(shù)的設(shè)計(jì)師們進(jìn)行更多的創(chuàng)新。電動(dòng)牙刷顯著改善了刷牙體驗(yàn)和刷牙習(xí)慣。最受歡迎和最有效的電動(dòng)牙刷類型是一個(gè)旋轉(zhuǎn)或左右運(yùn)動(dòng)。

現(xiàn)代電動(dòng)牙刷 元素 通常依靠可充電電池,當(dāng)牙刷放在不同用途之間的充電底座時(shí),這些電池通過感應(yīng)充電充電。 他們經(jīng)常使用 鎳金屬氫化物 (NiMH ) 標(biāo)稱電壓為1.2V的電池。工作電壓范圍從1V到1.65V,能夠控制牙刷的操作。

圖1:基于SLG47513的電動(dòng)牙刷示意圖。

電機(jī)控制

當(dāng)牙刷處于睡眠狀態(tài)時(shí),由于拉高電阻器,PIN8輸出被設(shè)置為高,但是當(dāng)按鈕被按下時(shí),一個(gè)低級(jí)別的信號(hào)出現(xiàn)了很短的一段時(shí)間。為了過濾掉開關(guān)的跳跳,一個(gè)延遲宏Dly4被使用。當(dāng)每次按下按鈕時(shí),dff18就會(huì)鎖定電壓水平,并使其旋轉(zhuǎn),允許牙刷使用外部按鈕(工作模式和睡眠模式)在兩種模式之間切換。

當(dāng)牙刷切換到工作模式時(shí),晶體管的閘門和多路復(fù)用器3-L2的輸出處有一個(gè)恒定的高電壓電平。這個(gè)電壓級(jí)別打開晶體管Q3啟動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)。

刷有兩個(gè)計(jì)時(shí)器。第一個(gè)通知用戶完成2分鐘的刷牙過程。一個(gè)振蕩器OSC0,一個(gè)DF19,和一個(gè)DF11形成一個(gè)頻率為2.67赫茲的時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)牙刷被打開時(shí),一個(gè)2位LUT1將這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸入一個(gè)CNT0的CLK輸入。兩分鐘后,在CNT0輸出處出現(xiàn)了一個(gè)高電平,觸發(fā)了一次發(fā)射(CNT6),形成了一個(gè)寬度相當(dāng)于鐘信號(hào)三個(gè)半周期的信號(hào)脈沖。這三個(gè)脈沖,通過兩個(gè)多路復(fù)用器,3位LUT0和PIN9被輸入到晶體管閘門,并相應(yīng)地輸入到電機(jī),產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)。

除了2分鐘的計(jì)時(shí)器,這支牙刷還包含一個(gè)基于CNT3的30秒的計(jì)時(shí)器,這意味著需要繼續(xù)刷牙口腔的下一個(gè)象限(四分之一)。30秒后,在CNT3輸出時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)高水平。2位LUT0濾波每4脈沖,而大濾波器消除故障。CNT3輸出信號(hào)觸發(fā)一次性(CNT1),它形成一個(gè)寬度等于一個(gè)半時(shí)鐘信號(hào)周期的信號(hào)脈沖。

為了確保每次牙刷關(guān)閉時(shí)計(jì)時(shí)器都重新啟動(dòng),計(jì)數(shù)器被重置到dff18輸出信號(hào)的上升邊緣。

數(shù)字多路復(fù)用器可以通過一個(gè)恒定電壓,一個(gè)脈沖,或三個(gè)脈沖到晶體管閘門基于單光波輸出。

這3位Lut0防止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)充電。明確地說,只有當(dāng)牙刷處于工作狀態(tài)而不是放在充電站時(shí),晶體管門上的信號(hào)才會(huì)很高。

充電

大多數(shù)現(xiàn)代電動(dòng)牙刷使用無線感應(yīng)充電。牙刷及其底座構(gòu)成兩部分變壓器,底座具有變壓器的初級(jí)繞組,牙刷具有二次繞組。二次繞組的電壓由二極管D1校正,然后由電阻分頻器降至適當(dāng)檢測(cè)充電器存在所需的值。該分頻器包括外置電阻r7(100kn)和R5(4.7kb),以及在SLG47513內(nèi)的內(nèi)部下拉電阻(10kb),該電阻將PIN6上電壓的峰值定在1.2V左右。

當(dāng)充電器的信號(hào)到達(dá)作為模擬比較器的PIN6時(shí),頻率檢測(cè)器的輸入會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高級(jí)別的信號(hào)。頻率檢測(cè)器在此信號(hào)上產(chǎn)生高級(jí)別輸出,輸出到PIN5,并支持充電。這個(gè)高信號(hào)在PIN5的輸出打開一個(gè)Q2晶體管,反過來,打開一個(gè)Q1晶體管,啟動(dòng)電池的充電過程。

為了防止電池充電過多,使用了模擬比較器acmp1h。電阻R8和R9將電池電壓除以一半,這個(gè)電壓用于PIN11的輸入。然后用一個(gè)滯后值為100mv的比較器與725mv的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果分壓器的電壓達(dá)到這個(gè)基準(zhǔn)電壓,電池充電停止。延遲宏Dly2作為濾波器使用。

為了防止電池過度充電,使用了模擬比較器acmp0h。該比較器比較了相同的分壓器電壓,但它的參考電壓設(shè)置在500mv,滯后設(shè)置在100mv。當(dāng)測(cè)量到的電壓小于參考值時(shí),比較器輸出就會(huì)下降,晶體管就會(huì)關(guān)閉,防止電池過度放電。

為了防止電路通過分頻器消耗多余的能量,該分頻器只在電池充電或牙刷打開時(shí)與地面總線連接。這些條件被2位LUT3檢查,當(dāng)至少一個(gè)條件得到滿足時(shí),它的輸出就會(huì)很高?；谶@個(gè)高級(jí)別信號(hào),一個(gè)多路復(fù)用器3-L0通過PIN13的開放收集晶體管將地面總線連接到分頻器。此外,acmp0h只在牙刷從睡眠狀態(tài)出來時(shí)才啟動(dòng),而acmp1h只在充電器連接時(shí)啟動(dòng)。這些措施確保了睡眠方式中極低的消費(fèi)量。

結(jié)論

SLG47513低壓操作只允許用一個(gè)1.2VNMH電池供電,這是電動(dòng)牙刷的主要電源。SLG47513非常適合這些設(shè)備,因?yàn)樗凶銐虻臄?shù)字和模擬宏觀細(xì)胞,可以用來控制牙刷馬達(dá)和實(shí)現(xiàn)額外的功能,如計(jì)時(shí)器和充電控制。SLG47513可以替代市場(chǎng)上流行的電動(dòng)牙刷。由于市場(chǎng)上沒有很多集成電路可以用1.2V提供電源,并能實(shí)現(xiàn)牙刷功能,制造商經(jīng)常使用定制的ASIC,這增加了牙刷的成本。該方案是一個(gè)成本效益高的解決方案,因?yàn)樗褂矛F(xiàn)成的基模,并在一個(gè)非常小的1.6毫米x1.6毫米的情況下,有助于減少所需的板子空間。