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AN-CM-296带电压调节的智能锁电机驱动器

内容

术语和定义

直流直流电
脉宽调制脉冲宽度调制
CMP比较器
CCMP电流比较器
单片机微控制器单元
高压高电压
GPO通用输出

参考文献

有关文件及软件,请浏览:

//www.wsdof.com/configurable-mixed-signal

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作者:彼得甲虫

介绍

许多智能锁使用额外的机械或电子元件来确定门栓是开启还是关闭。它可能是简单的开关,或带有磁铁的霍尔传感器,或编码器。本应用程序说明中的设计不需要任何这样的额外组件。通过电机电流感应,当门栓达到开启或关闭状态时,电机驱动器关闭电机。

许多智能锁使用4节AA电池供电。在这种情况下,供电电压从6.5 V(充电电池,每节1.63 V)降低到3.6 V(放电电池,每节0.9 V),电机在6v和3.6 V转速不同。此外,更高的电压可能烧毁电机。

本应用说明采用电压调节。电机由PWM控制。当电池充满电时,PWM占空比约为50%,当电池放电时,PWM占空比增大,稳压电压保持不变。

P88 # yIS1
图1所示。电动机
P90 # yIS1
图2。硬件连接图

结构及运行原理

这种典型的应用电路只需要一个外部元件-电流检测电阻。

图3。典型应用电路

该设计有一个输入驱动控制,另一个输入故障监控:

PIN#2 -用于关闭/打开智能锁门栓的按钮。

PIN#14 -错误输出。当关闭时间小于1秒(不能关闭智能锁)时,输出为高。

总体框图见图4。

图4。框图

正常操作

智能锁通过PIN2上的下降边打开,通过上升边关闭。

在前150ms,内部电路忽略CCMP0信号,因为在此期间电机的启动电流高于正常运行时。之后,在正常运行时,如果电机电流增加到290 mA,电机关闭。

图5。正常操作

PIN2的上升边缘打开电机。PWM占空比随电源电压的变化而变化。例如,在6V时,占空比值为50%。当电池放电到3.6 V时,PWM占空比增加到约83%。这种行为提供了一个恒定水平的电机供电电压3v(调节值),见图6

图6。电压调整

操作过程中控制信号的改变

此外,这种设计允许在开启或关闭过程中改变门栓方向。当用户改变主意,想要在按下关闭按钮后开门时,这是很有用的图7

图7。操作时更换控制信号

错误关闭

错误输出可用于检测门无法关闭时的事件。在我们的例子中,关闭时间等于1秒,可以在很宽的范围内更改。

当关闭时间小于1秒时,错误输出变高。它将在PIN2的下一个下降沿之后重置。

图8。错误关闭

电机参数测量

需要测量两个参数来调整和控制我们设计中使用的电路:电机启动时间和电机电流消耗。

电机启动时间约为100ms。

P125 # yIS1
图9。电机启动电流,3v电源

有很多噪音,我们的电路将在需要的地方提供过滤。在3v电源下,电机最大电流消耗为310ma。均方根电流约为208毫安。

P129 # yIS1
图10。电机正常工作电流,3v电源

GreenPAK设计

P133 # yIS1
图11。设计视图

电压调整

电压调节是通过PWM和差分、安培和积分器模块实现的。Diff.Amp&Integrator Vref内部除以4:

Vref = Vdesired*Gain = 3 V * 0.25 = 0.75 V

地点:

Vdesired -电机电源所需的恒定电压;

增益-内部的差分放大器和积分器增益是恒定的- 0.25。

那么与Vreg列表最接近的值是0.768 V。

diff . am&integrator输出连接到PWM块,根据测量电压增加或减少占空比。电池充满时PWM占空比为50%,电池放电时PWM占空比大于80%。

应用合为一体# yIS1
图12。电压调整

过流检测

过流检测在延迟后开始(由DLY1选择),因为当电机启动时,有一个电流尖峰,见图9.之后,当电阻R1的压降高于CCMP0 Vref值时,电机自动关闭。DLY3块用于过滤电机运行引起的尖峰和噪声。

CCMP0 Vref值由下一个方程定义:

Vref = Ipeak* Rsense * Gain = 0.3 A * 0.11 Ohm * 8 = 0.264 V

地点:

峰-电机在正常运行时的峰值电流,见图10

Rsense—敏感电阻值;

增益-电流CMP增益,可由寄存器8或4选择。

最接近的值是256 mV和288 mV。选择值为256mv,加速电机失速检测,减少电池放电。

任何# yIS1
图13。过流检测

错误检测

一个错误意味着智能锁不能关闭门栓,因为它被一些障碍停止了,门不能完全关闭。在这种情况下,电机启动到自动关闭的时间会比正常运行时短。Error Out可以检测到这种情况。当关闭时间小于DLY2中选择的值时,则为HIGH。

P159 # yIS1
图14。错误检测

波形

电压调整

P164 # yIS1
图15。在6v电源下PWM占空比为50%
P166 # yIS1
图16。在3.6 V电源下PWM占空比82%

自动关机电机

P169 # yIS1
图17。6 V电源,电流递增关闭电机
P171 # yIS1
图18。3.6 V电源,增加电流关闭电机

结论

应用说明介绍了如何配置SLG47105 IC来控制有刷直流电机。在SLG47105中,一个“带有积分器和比较器的差分放大器”宏单元用于电机电压调节。它用于驱动标称电压低于电源电压的电机。此外,“电流比较器”宏单元用于自动关闭电机时,电流达到阈值。

电机控制逻辑可根据用户的具体要求定制。同时,这种设计也可以用于高功率电机,额定电流可达2a。在这种情况下,HV GPOs应该按照数据表并行连接