具有動(dòng)態(tài)過(guò)流檢測功能的智能門(mén)鎖電機驅動(dòng)IC設計方案

本文介紹了一個(gè)具有動(dòng)態(tài)過(guò)流檢測功能的智能門(mén)鎖電機驅動(dòng)集成電路（IC）設計方案，該設計可支持不同的電源電壓和負載。

目前，大多數智能門(mén)鎖使用電池供電。電池使用壽命通常約為6個(gè)月，最長(cháng)可達一年。電池使用壽命的長(cháng)短取決于所使用的無(wú)線(xiàn)技術(shù)（Wi-Fi、藍牙、ZigBee）以及門(mén)鎖開(kāi)和關(guān)的頻率。

本設計示例中的電機采用四節AA電池供電。

智能門(mén)鎖制造商使用不同的方式來(lái)檢測鎖舌打開(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、霍爾傳感器和齒輪上的磁鐵組等。它們都需要相應的外部組件和電機驅動(dòng)IC。

鎖舌位置檢測方案之一是測量電機電流，當鎖舌鎖定時(shí)關(guān)閉電機，同時(shí)電機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)限值必須根據相對應的特定的電源電壓來(lái)確定，通常是滿(mǎn)電狀態(tài)的電池電壓。

圖1 電機電流波形

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

圖2 帶補償的電機電流波形

配置及運行原則

1.運行原則

該設計分為三個(gè)部分，如圖3所示：

●   電機堵轉檢測：如果電機啟動(dòng)100 ms后電機電流過(guò)高，電機驅控芯片關(guān)閉其內部機制，并測量修正電機電流。

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

●   過(guò)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。

圖3 設計運行

2.HV GreenPAK內部資源配置/設計

圖4 HV GreenPAK設計

使用了當前CMP的寄存器文件（RegFile）來(lái)測量電機電流。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）數據

250 ms后，寄存器文件會(huì )向上切換兩個(gè)值（比如在250 ms之前達到Byte8的值，在250 ms后會(huì )切換到Byte10的值）以設置新的電流閾值，如圖6所示。當電機電流增加到這個(gè)新的電流閾值時(shí)，該機制將關(guān)閉（見(jiàn)圖7）。

圖6 寄存器文件使用

圖7 電機關(guān)閉過(guò)程

對于不同的電源電壓和負載，電機電流會(huì )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(huì )變得更高。

應用電路

圖8 典型的應用電路

●   PIN#2電機ON —> 上升沿打開(kāi)電機

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

●   VDD范圍：2.3 V – 5.5 V

●   VDD2范圍：3.6 V – 6.0 V

電機測試

表1 電機參數

電源電壓為6.0 V時(shí)，電機啟動(dòng)電流峰值約為2A，200 ms后降低至標稱(chēng)值，具體值取決于電源電壓（見(jiàn)圖9-12）。

圖9 電機啟動(dòng)電流波形，電源電壓3.6 V

圖10 電機空載電流，電源電壓3.6 V

圖11 電機啟動(dòng)電流波形，電源電壓6.0 V

圖12 電機空載電流，電源電壓6.0 V

設計運行波形

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

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

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

圖15 負載電機，電源電壓3.0 V

啟動(dòng)時(shí)電機堵轉

電機堵轉檢測時(shí)間為100 ms。如果在啟動(dòng)后100 ms內電機電流較高，則電機驅動(dòng)將自動(dòng)關(guān)閉。

圖16 停轉的電機，電源電壓3.6 V – 6.0 V

總結

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

當電機電流或電源電壓發(fā)生變化時(shí)，設計人員可以對電路進(jìn)行定制。GreenPAK芯片還可以用來(lái)設計恒流和恒壓的電機驅控方案，并具有嵌入式保護功能，如過(guò)流、欠壓、過(guò)溫保護等。