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設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)面臨哪些挑戰(zhàn)?如何去應(yīng)對(duì)?

Xmsn_德州儀 ? 來(lái)源:德州儀器 ? 作者:德州儀器 ? 2021-06-17 09:45 ? 次閱讀

電機(jī)驅(qū)動(dòng)的樓宇自動(dòng)化和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用(例如智能電表、智能鎖、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)攝像頭和可視門(mén)鈴)中,有多種設(shè)計(jì)低壓系統(tǒng)的方法。

為這些應(yīng)用設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí),常見(jiàn)的挑戰(zhàn)包括:滿足持久、彈性和安全的電機(jī)運(yùn)行需求;不斷縮小的印刷電路板(PCB)空間;以及滿足各種系統(tǒng)要求。在考慮電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流消耗時(shí),需要特別關(guān)注:集成電路(IC)和必要的元件板尺寸;設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化、靈活性和可擴(kuò)展性,以滿足多種平臺(tái)類(lèi)型的需求。

降低功耗

對(duì)于智能鎖、可視門(mén)鈴、煤氣表和水表等電池供電和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng),設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)在于通過(guò)在不主動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)保持低電流消耗來(lái)降低整體功耗,使得消費(fèi)者不必經(jīng)常更換電池。

下面我們將使用如下器件來(lái)比較兩種在不驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)降低H橋功耗的方法:

· 電池和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路之間的離散負(fù)載開(kāi)關(guān),用于連接或移除電源;

· TI的DRV8210 等器件,具有專用的低功耗睡眠模式,其典型睡眠電流為37nA。

與第一種器件相比,第二種器件減少了多達(dá)50%的PCB空間,并在連接H橋電源時(shí)去除了功耗元件。請(qǐng)參閱圖2。

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圖2:(a) 使用外部截?cái)嚅_(kāi)關(guān)、具有低功耗睡眠功能的H橋的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn);(b)有自動(dòng)睡眠模式的TI DRV8210

減小PCB和電機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)尺寸

現(xiàn)代智能電表和其他低壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用變得越來(lái)越先進(jìn),集成了傳感、無(wú)線和有線通信、電源管理和許多其他模塊,如圖3所示。

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圖3:旋轉(zhuǎn)式水表的參考設(shè)計(jì)

這些模塊的數(shù)量眾多,這意味著必須確保諸如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和周?chē)?lèi)的子系統(tǒng)使用盡可能少的PCB空間。圖4示出了一種常用的離散H橋?qū)崿F(xiàn),用于驅(qū)動(dòng)低壓有刷直流電機(jī)。然而,該H橋不具備一些必要的功能,如過(guò)流保護(hù)、欠壓鎖定、熱關(guān)斷和死區(qū)時(shí)間控制,這需要額外的固件和硬件方面的工作。

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圖4:H橋和基礎(chǔ)周?chē)娐返碾x散實(shí)現(xiàn);PCB面積為16mm x 25mm或400mm2

與離散實(shí)現(xiàn)相比,DRV8220等電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(其封裝規(guī)格為4mm2或1.92mm2)可將PCB空間減少93%或以上,如圖5所示。此外,包括DRV8220在內(nèi)的所有TI有刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器都提供集成的死區(qū)時(shí)間控制和針對(duì)過(guò)熱、欠壓鎖定和過(guò)流事件的保護(hù)功能,從而減少了對(duì)額外元件的需求,進(jìn)一步減小了PCB空間。

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圖5:DRV8220DSG集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)器布局;PCB面積為4.5mm x 4.4mm,或19.8mm2

設(shè)計(jì)靈活性、簡(jiǎn)化、可重用性和可擴(kuò)展性

樓宇自動(dòng)化、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和個(gè)人電子產(chǎn)品中的許多應(yīng)用程序都有多個(gè)具有不同系統(tǒng)要求的平臺(tái)。以設(shè)計(jì)皂液器、自動(dòng)馬桶、紙巾分配器和類(lèi)似應(yīng)用的智能衛(wèi)生設(shè)備公司為例,如圖6所示。這些應(yīng)用需要不同類(lèi)型的自動(dòng)化負(fù)載:用于分配閥的雙向有刷直流電機(jī)、用于沖洗定量閥的鎖上螺線管和用于紙巾分配的單向有刷直流電機(jī)。

理想情況下,你可以針對(duì)所有這些場(chǎng)景使用靈活的解決方案,但這通常需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力來(lái)尋找在電壓和電流范圍內(nèi)支持引腳兼容的離散元件或IC。實(shí)現(xiàn)這種簡(jiǎn)化、可擴(kuò)展性和接口靈活性能夠使用相同或相似驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)不同電機(jī)、繼電器、螺線管和其他類(lèi)型負(fù)載。此外,還考慮到了設(shè)計(jì)的可重用性,從而大大縮短上市時(shí)間。有關(guān)DRV8210電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系列如何幫助實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)的更多詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱DRV8210數(shù)據(jù)表的第9節(jié)。

如本文所述,樓宇自動(dòng)化和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中的眾多低壓和電池供電平臺(tái)要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具有靈活、可擴(kuò)展和易于設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。同時(shí),這些電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須提供強(qiáng)大的低功耗睡眠模式,以最大限度地延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間,并且只占用PCB一小部分面積,以便為其它系統(tǒng)元件留出足夠的空間。

責(zé)任編輯:lq6

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原文標(biāo)題:小尺寸、低功耗的系列器件幫您輕松應(yīng)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)!

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