具有動(dòng)態(tài)過流檢測功能的智能門鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)方案
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本文介紹了一個(gè)具有動(dòng)態(tài)過流檢測功能的智能門鎖電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)設(shè)計(jì)方案,該設(shè)計(jì)可支持不同的電源電壓和負(fù)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(gè)月,最長可達(dá)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(lán)牙、ZigBee)以及門鎖開和關(guān)的頻率。
本設(shè)計(jì)示例中的電機(jī)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(jì)、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(jī)驅(qū)動(dòng)IC。
鎖舌位置檢測方案之一是測量電機(jī)電流,當(dāng)鎖舌鎖定時(shí)關(guān)閉電機(jī),同時(shí)電機(jī)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(duì)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。
圖1:電機(jī)電流波形
該設(shè)計(jì)的一項(xiàng)改進(jìn)之處是測量每個(gè)電機(jī)的均方根(RMS)電流,并設(shè)置不同的電流閾值用以補(bǔ)償不同電池電壓(參見圖2)。本文介紹了如何為這種設(shè)計(jì)方案配置高壓GreenPAK? IC的內(nèi)部邏輯資源。
圖2:帶補(bǔ)償?shù)碾姍C(jī)電流波形
配置及運(yùn)行原則
1. 運(yùn)行原則
該設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分,如圖3所示:
? 電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測:如果電機(jī)啟動(dòng)100 ms后電機(jī)電流過高,電機(jī)驅(qū)控芯片關(guān)閉其內(nèi)部機(jī)制,并測量修正電機(jī)電流。
? 電流保護(hù)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(jī)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(jī)工作電流高于所選值,則電機(jī)將被關(guān)閉。
圖3:設(shè)計(jì)運(yùn)行
2. HV GreenPAK內(nèi)部資源配置/設(shè)計(jì)
圖4:HV GreenPAK設(shè)計(jì)
使用了當(dāng)前CMP的寄存器文件(RegFile)來測量電機(jī)電流。有16個(gè)值,它們從高到低切換(見圖 5)。
圖5:寄存器文件(RegFile)數(shù)據(jù)
250 ms后,寄存器文件會(huì)向上切換兩個(gè)值(比如在250 ms之前達(dá)到Byte8的值,在250 ms后會(huì)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(jī)電流增加到這個(gè)新的電流閾值時(shí),該機(jī)制將關(guān)閉(見圖7)。
圖6:寄存器文件使用
圖7:電機(jī)關(guān)閉過程
對(duì)于不同的電源電壓和負(fù)載,電機(jī)電流會(huì)有所不同。對(duì)于更高的電機(jī)電流,“電機(jī)關(guān)閉保護(hù)電流水平”將會(huì)變得更高。
應(yīng)用電路
圖8:典型的應(yīng)用電路
? PIN#2電機(jī)ON —> 上升沿打開電機(jī)
? PIN#3電機(jī)方向 —> 電機(jī)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(jī)測試
表1:電機(jī)參數(shù)
電源電壓為6.0 V時(shí),電機(jī)啟動(dòng)電流峰值約為2A,200 ms后降低至標(biāo)稱值,具體值取決于電源電壓(見圖9-12)。
圖9:電機(jī)啟動(dòng)電流波形,電源電壓3.6 V
圖10:電機(jī)空載電流,電源電壓3.6 V
圖11:電機(jī)啟動(dòng)電流波形,電源電壓6.0 V
圖12:電機(jī)空載電流,電源電壓6.0 V
設(shè)計(jì)運(yùn)行波形
正常運(yùn)行
? 電源電壓:6.0 V
? 電機(jī)均方根(RMS)電流:170 mA
? 電機(jī)關(guān)閉保護(hù)電流:620 mA
圖13:空載電機(jī),電源電壓6.0 V
? 電源電壓:3.6 V
? 電機(jī)均方根(RMS)電流:127 mA
? 電機(jī)關(guān)閉保護(hù)電流:460 mA
圖14:空載電機(jī),電源電壓3.6 V
? 電源電壓:3.0 V
? 電機(jī)均方根(RMS)電流:310 mA
? 電機(jī)關(guān)閉保護(hù)電流:670 mA
圖15:負(fù)載電機(jī),電源電壓3.0 V
啟動(dòng)時(shí)電機(jī)堵轉(zhuǎn)
電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測時(shí)間為100 ms。如果在啟動(dòng)后100 ms內(nèi)電機(jī)電流較高,則電機(jī)驅(qū)動(dòng)將自動(dòng)關(guān)閉。
圖16:停轉(zhuǎn)的電機(jī),電源電壓3.6 V – 6.0 V
總結(jié)
本文介紹了一個(gè)如何使用Dialog高壓GreenPAK芯片的具體示例,闡述了針對(duì)特定電機(jī)和電池組的集成電路的定制設(shè)計(jì)。這是一項(xiàng)非常靈活的電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)解決方案,使用了可配置的內(nèi)部邏輯,支持設(shè)計(jì)人員的偏好。在GreenPAK芯片中集成了電機(jī)驅(qū)動(dòng)意味著整個(gè)電路可以裝入一個(gè)很小的物理空間。
當(dāng)電機(jī)電流或電源電壓發(fā)生變化時(shí),設(shè)計(jì)人員可以對(duì)電路進(jìn)行定制。GreenPAK芯片還可以用來設(shè)計(jì)恒流和恒壓的電機(jī)驅(qū)控方案,并具有嵌入式保護(hù)功能,如過流、欠壓、過溫保護(hù)等。