本文介紹了一個具有動態過流檢測功能的智能門鎖電機驅動集成電路(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(Wi-Fi、藍牙、ZigBee)以及門鎖開和關的頻率。

 

本設計示例中的電機采用四節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閉的完成狀態:限位開關、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IC。

 

鎖舌位置檢測方案之一是測量電機電流,當鎖舌鎖定時關閉電機,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,門限值必須根據相對應的特定的電源電壓來確定,通常是滿電狀態的電池電壓。

 

圖1:電機電流波形

 

該設計的一項改進之處是測量每個電機的均方根(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

該設計分為三個部分,如圖3所示:

 

  • 電機堵轉檢測:如果電機啟動100 ms后電機電流過高,電機驅控芯片關閉其內部機制,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)數據

 

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)以設置新的電流閾值,如圖6所示。當電機電流增加到這個新的電流閾值時,該機制將關閉(見圖7)。

 

圖6:寄存器文件使用

 

圖7:電機關閉過程

 

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

 

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,電機啟動電流峰值約為2A,200 ms后降低至標稱值,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

 

  • 電機關閉保護電流:670 mA

 

圖15:負載電機,電源電壓3.0 V

 

啟動時電機堵轉
電機堵轉檢測時間為100 ms。如果在啟動后100 ms內電機電流較高,則電機驅動將自動關閉。

 

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意味著整個電路可以裝入一個很小的物理空間。

 

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