具有動態(tài)過流檢測功能的智能門鎖電機驅(qū)動IC設(shè)計方案

本文介紹了一個具有動態(tài)過流檢測功能的智能門鎖電機驅(qū)動集成電路（IC）設(shè)計方案，該設(shè)計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個月，最長可達一年。電池使用壽命的長短取決于所使用的無線技術(shù)（Wi-Fi、藍牙、ZigBee）以及門鎖開和關(guān)的頻率。

本設(shè)計示例中的電機采用四節(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、霍爾傳感器和齒輪上的磁鐵組等。它們都需要相應(yīng)的外部組件和電機驅(qū)動IC。

鎖舌位置檢測方案之一是測量電機電流，當(dāng)鎖舌鎖定時關(guān)閉電機，同時電機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 電機電流波形

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

圖2 帶補償?shù)碾姍C電流波形

配置及運行原則

1.運行原則

該設(shè)計分為三個部分，如圖3所示：

●   電機堵轉(zhuǎn)檢測：如果電機啟動100 ms后電機電流過高，電機驅(qū)控芯片關(guān)閉其內(nèi)部機制，并測量修正電機電流。

●   電流保護閾值設(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：如果在此期間電機工作電流高于所選值，則電機將被關(guān)閉。

圖3 設(shè)計運行

2.HV GreenPAK內(nèi)部資源配置/設(shè)計

圖4 HV GreenPAK設(shè)計

使用了當(dāng)前CMP的寄存器文件（RegFile）來測量電機電流。有16個值，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，寄存器文件會向上切換兩個值（比如在250 ms之前達到Byte8的值，在250 ms后會切換到Byte10的值）以設(shè)置新的電流閾值，如圖6所示。當(dāng)電機電流增加到這個新的電流閾值時，該機制將關(guān)閉（見圖7）。

圖6 寄存器文件使用

圖7 電機關(guān)閉過程

對于不同的電源電壓和負(fù)載，電機電流會有所不同。對于更高的電機電流，“電機關(guān)閉保護電流水平”將會變得更高。

應(yīng)用電路

圖8 典型的應(yīng)用電路

●   PIN#2電機ON —> 上升沿打開電機

●   PIN#3電機方向 —> 電機旋轉(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

電機測試

表1 電機參數(shù)

電源電壓為6.0 V時，電機啟動電流峰值約為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 電機啟動電流波形，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(shè)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(fù)載電機，電源電壓3.0 V

啟動時電機堵轉(zhuǎn)

電機堵轉(zhuǎn)檢測時間為100 ms。如果在啟動后100 ms內(nèi)電機電流較高，則電機驅(qū)動將自動關(guān)閉。

圖16 停轉(zhuǎn)的電機，電源電壓3.6 V – 6.0 V

總結(jié)

本文介紹了一個如何使用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(shè)計。這是一項非常靈活的電機控制和驅(qū)動解決方案，使用了可配置的內(nèi)部邏輯，支持設(shè)計人員的偏好。在GreenPAK芯片中集成了電機驅(qū)動意味著整個電路可以裝入一個很小的物理空間。

當(dāng)電機電流或電源電壓發(fā)生變化時，設(shè)計人員可以對電路進行定制。GreenPAK芯片還可以用來設(shè)計恒流和恒壓的電機驅(qū)控方案，并具有嵌入式保護功能，如過流、欠壓、過溫保護等。