一种集成的智能锁电机驱动器设计方案

“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。

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）

https://www.powerelectronicsnews.com/integrated-smart-lock-motor-driver-with-dynamic-overcurrent-detection/

责任编辑：xj

原文标题：集成动态过流检测的智能锁电机驱动器设计方案

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