具有动态过流检测功能的智能门锁电机驱动IC设计方案

本文介绍了一个具有动态过流检测功能的智能门锁电机驱动集成电路(IC)设计方案，该设计可支持不同的电源电压和负载。

目前，大多数智能门锁使用电池供电。电池使用寿命通常约为6个月，最长可达一年。电池使用寿命的长短取决于所使用的无线技术(Wi-Fi、蓝牙、ZigBee)以及门锁开和关的频率。

本设计示例中的电机采用四节AA电池供电。

智能门锁制造商使用不同的方式来检测锁舌打开或关闭的完成状态：限位开关、固定在轴上的加速度计、霍尔传感器和齿轮上的磁铁组等。它们都需要相应的外部组件和电机驱动IC。

锁舌位置检测方案之一是测量电机电流，当锁舌锁定时关闭电机，同时电机电流也上升到定义的阈值(见图1)。这种方法不需要额外的组件。不过，门限值必须根据相对应的特定的电源电压来确定，通常是满电状态的电池电压。

图1：电机电流波形

该设计的一项改进之处是测量每个电机的均方根(RMS)电流，并设置不同的电流阈值用以补偿不同电池电压(参见图2)。本文介绍了如何为这种设计方案配置高压GreenPAK™ IC的内部逻辑资源。

图2：带补偿的电机电流波形

配置及运行原则

1. 运行原则

该设计分为三个部分，如图3所示：

• 电机堵转检测：如果电机启动100 ms后电机电流过高，电机驱控芯片关闭其内部机制，并测量修正电机电流。

• 电流保护阈值设置：电流CMP的Vref(GreenPAK™ IC的内部逻辑资源)取决于电机工作电流(设置为高于测量值)。

• 过流等待：如果在此期间电机工作电流高于所选值，则电机将被关闭。

图3：设计运行

2. HV GreenPAK内部资源配置/设计

图4：HV GreenPAK设计

使用了当前CMP的寄存器文件(RegFile)来测量电机电流。有16个值，它们从高到低切换(见图 5)。

图5：寄存器文件(RegFile)数据

250 ms后，寄存器文件会向上切换两个值(比如在250 ms之前达到Byte8的值，在250 ms后会切换到Byte10的值)以设置新的电流阈值，如图6所示。当电机电流增加到这个新的电流阈值时，该机制将关闭(见图7)。

图6：寄存器文件使用

图7：电机关闭过程

对于不同的电源电压和负载，电机电流会有所不同。对于更高的电机电流，“电机关闭保护电流水平”将会变得更高。

应用电路

图8：典型的应用电路

• PIN#2电机ON —> 上升沿打开电机

• PIN#3电机方向 —> 电机旋转方向：HIGH —> 正向旋转，LOW —> 反向旋转

• VDD范围：2.3 V – 5.5 V

• VDD2范围：3.6 V – 6.0 V

电机测试

表1：电机参数

电源电压为6.0 V时，电机启动电流峰值约为2A，200 ms后降低至标称值，具体值取决于电源电压(见图9-12)。

图9：电机启动电流波形，电源电压3.6 V

图10：电机空载电流，电源电压3.6 V

图11：电机启动电流波形，电源电压6.0 V

图12：电机空载电流，电源电压6.0 V

设计运行波形

正常运行

• 电源电压：6.0 V

• 电机均方根(RMS)电流：170 mA

• 电机关闭保护电流：620 mA

图13：空载电机，电源电压6.0 V

• 电源电压：3.6 V

• 电机均方根(RMS)电流：127 mA

• 电机关闭保护电流：460 mA

图14：空载电机，电源电压3.6 V

• 电源电压：3.0 V

• 电机均方根(RMS)电流：310 mA

• 电机关闭保护电流：670 mA

图15：负载电机，电源电压3.0 V

启动时电机堵转

电机堵转检测时间为100 ms。如果在启动后100 ms内电机电流较高，则电机驱动将自动关闭。

图16：停转的电机，电源电压3.6 V – 6.0 V

总结

本文介绍了一个如何使用Dialog高压GreenPAK芯片的具体示例，阐述了针对特定电机和电池组的集成电路的定制设计。这是一项非常灵活的电机控制和驱动解决方案，使用了可配置的内部逻辑，支持设计人员的偏好。在GreenPAK芯片中集成了电机驱动意味着整个电路可以装入一个很小的物理空间。

当电机电流或电源电压发生变化时，设计人员可以对电路进行定制。GreenPAK芯片还可以用来设计恒流和恒压的电机驱控方案，并具有嵌入式保护功能，如过流、欠压、过温保护等。