具有動(dòng)態(tài)過(guò)流檢測(cè)功能的智能門(mén)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(guò)流檢測(cè)功能的智能門(mén)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(mén)鎖使用電池供電。電池使用壽命通常約為6個(gè)月，最長(zhǎng)可達(dá)一年。電池使用壽命的長(zhǎng)短取決于所使用的無(wú)線技術(shù)（Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee）以及門(mén)鎖開(kāi)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(mén)鎖制造商使用不同的方式來(lái)檢測(cè)鎖舌打開(kāi)或關(guān)閉的完成狀態(tài)：限位開(kāi)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(cè)方案之一是測(cè)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(jiàn)圖1）。這種方法不需要額外的組件。不過(guò)，門(mén)限值必須根據(jù)相對(duì)應(yīng)的特定的電源電壓來(lái)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(cè)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(jiàn)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(cè)：如果電機(jī)啟動(dòng)100 ms后電機(jī)電流過(guò)高，電機(jī)驅(qū)控芯片關(guān)閉其內(nèi)部機(jī)制，并測(cè)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(cè)量值）。

●   過(guò)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(lái)測(cè)量電機(jī)電流。有16個(gè)值，它們從高到低切換（見(jiàn)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(jiàn)圖7）。

圖6 寄存器文件使用

圖7 電機(jī)關(guān)閉過(guò)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(kāi)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(cè)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(chēng)值，具體值取決于電源電壓（見(jiàn)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(cè)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(lái)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(guò)流、欠壓、過(guò)溫保護(hù)等。