集成动态过流检测的智能锁电机驱动器设计方案

本文介绍了一种集成的智能锁电机驱动器设计方案，具有动态过流检测功能，可以适应供电电压和负载的变化。

大多数智能锁目前都采用电池供电，电池寿命通常约为6个月，最长可达一年。电池寿命的长短取决于所使用的无线技术（Wi-Fi、蓝牙、ZigBee）以及智能锁锁定和解锁的频率。

在本设计示例中，电机由四节AA电池供电。

智能锁制造商采用各种机制来检测锁舌打开或关闭的完成情况：如限位开关、固定在轴上的加速度计、霍尔传感器和固定在齿轮上的磁铁等。除电机驱动器IC外，它们都需要相关外部组件。

有一种锁舌位置检测方案不需要额外组件，它可以测量电机电流，当锁舌锁定时关闭电机，同时电机电流上升到预定阈值（参见图1）。不过该方案必须根据特定的供电电压（通常是充满电的电池）来确定阈值。

图1:电机电流波形

可以对该设计进行一些改进，测量每个电机的均方根（RMS）电流，并设置不同的电流水平，以补偿对比电池电压（参见图2）。本文将介绍采用这种设计方法时如何配置高压GreenPAK IC。

图2：带补偿的电机电流波形

操作步骤及工作原理

1.工作原理

该设计的操作共分为三个部分，如图3所示：

˙电机失速检查：启动电机100 ms后，如果电机电流过高，驱动器将关闭机械装置并测量电机电流。

˙电流水平设置：电流CMP Vref取决于电机电流（设置为高于测量值）。

˙过流等待：如果在此期间电机电流大于设定值，电机则将关闭。

图3: 设计操作

2. HV GreenPAK设计

图4: HV GreenPAK设计

电流CMP的注册表文件（RegFile）用于测量电机电流。它有16个值，从高到低切换（请参见图5）。

图5: 注册表文件数据

250 ms之后，将注册表文件切换两个值以设置一个新的电流水平，如图6所示。当电机电流增加到该新的电流水平时，电机关闭（请参见图7）。

图6: 使用注册表文件

图7: 电机关闭操作

对于不同的供电电压和负载，电机电流将不同。电机电流越高，“电机关闭水平”也越高。

应用电路

图8: 典型应用电路图

˙PIN#2电机开启–上升沿启动电机。

˙PIN#3电机方向–电机方向旋转：高电平–正向旋转，低电平–反向旋转。

˙VDD范围：2.3 V 至5.5V。

˙VDD2范围：3.6 V 至 6.0V。

电机测试

表1: 电机参数

当电源电压为6.0 V时，电机启动电流约为2 A，200 mS后下降至标称值，该值取决于电源电压（见图9至12）。

图9：3.6 V电源电压时的电机启动电流波形

图10：3.6 V电源电压时的电机空载电流

图11：6.0 V电源电压时的电机启动电流波形

图12：6.0 V电源电压时的电机空载电流

运行波形的设计

正常操作

˙电源电压：6.0V。

˙电机RMS电流：170 mA。

˙电机关闭电流：620 mA。

图13: 6.0 V电源电压时的电机空载电流

˙电源电压：3.6V。

˙电机RMS电流：127 mA。

˙电机关闭电流：460 mA。

图14：3.6 V电源电压时的电机空载电流

˙电源电压：3.0V。

˙电机RMS电流：310 mA。

˙电机关闭电流：670 mA。

图15：3.0 V电源电压时的电机负载电流

启动时电机失速

电机失速检测时间为100毫秒。如果启动后的100毫秒内电机电流过高，则电机将自动关闭。

图16：3.6 V至6.0 V电源电压时的失速电机电流

结论

本文介绍了使用高电压GreenPAK的一个特定示例，描述了针对特定电机和电池组的集成设计定制方法。这是一种非常灵活的电机控制解决方案，采用可配置的内部逻辑，可满足设计人员的需求。而且将电机驱动器集成进GreenPAK中，可以将整个电路放入很小的物理空间。

设计人员可以根据电机电流或电源电压的变化调整电路。GreenPAK还允许设计恒流和恒压电机驱动器，并提供嵌入式保护功能，如过流保护、欠压保护和过温保护等。

（参考原文：Integrated Smart Lock Motor Driver with Dynamic Overcurrent Detection）

责编：Amy Guan

本文为《电子工程专辑》2020年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅