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

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。