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在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法

發(fā)布時間:2021-06-09 責任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在電機驅(qū)動的樓宇自動化和電網(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)攝像頭和可視門鈴)中,有多種設(shè)計低壓系統(tǒng)的方法,如圖1所示。
 
在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法
圖1:電池供電系統(tǒng):可視門鈴、智能電表和電子智能鎖
 
為這些應(yīng)用設(shè)計電機驅(qū)動系統(tǒng)時,常見的挑戰(zhàn)包括:滿足持久、彈性和安全的電機運行需求;不斷縮小的印刷電路板(PCB)空間;以及滿足各種系統(tǒng)要求。在考慮電機驅(qū)動器電流消耗時,需要特別關(guān)注:集成電路(IC)和必要的元件板尺寸;設(shè)計簡化、靈活性和可擴展性,以滿足多種平臺類型的需求。
 
降低功耗
 
對于智能鎖、可視門鈴、煤氣表和水表等電池供電和電機驅(qū)動的系統(tǒng),設(shè)計的一個重點在于通過在不主動驅(qū)動電機時保持低電流消耗來降低整體功耗,使得消費者不必經(jīng)常更換電池。如果您對這些應(yīng)用的實現(xiàn)感興趣,TI提供了適用于電子智能鎖和IP網(wǎng)絡(luò)攝像機紅外截止濾光器的參考設(shè)計。
 
下面我們將使用如下器件來比較兩種在不驅(qū)動電機時降低H橋功耗的方法:
 
●     電池和電機驅(qū)動電路之間的離散負載開關(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50%的PCB空間,并在連接H橋電源時去除了功耗元件。請參閱圖2。
 
在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法
圖2:(a) 使用外部截斷開關(guān)、具有低功耗睡眠功能的H橋的簡單實現(xiàn);(b)有自動睡眠模式的TI DRV8210
 
減小PCB和電機驅(qū)動子系統(tǒng)尺寸
 
現(xiàn)代智能電表和其他低壓電機驅(qū)動應(yīng)用變得越來越先進,集成了傳感、無線和有線通信、電源管理和許多其他模塊,如圖3所示。
 
在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法
圖3:旋轉(zhuǎn)式水表的參考設(shè)計
 
這些模塊的數(shù)量眾多,這意味著必須確保諸如電機驅(qū)動器和周圍元件之類的子系統(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)動低壓有刷直流電機。然而,該H橋不具備一些必要的功能,如過流保護、欠壓鎖定、熱關(guān)斷和死區(qū)時間控制,這需要額外的固件和硬件方面的工作。
 
在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法
圖4:H橋和基礎(chǔ)周圍電路的離散實現(xiàn);PCB面積為16mm x 25mm或400mm2
 
與離散實現(xiàn)相比,DRV8220等電機驅(qū)動器(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。查看技術(shù)文檔“離散還是集成,風(fēng)險并不那么大”以詳細了解我們的電機驅(qū)動器如何減少布板空間和元件數(shù)量。此外,包括DRV8220在內(nèi)的所有TI有刷直流電機驅(qū)動器都提供集成的死區(qū)時間控制和針對過熱、欠壓鎖定和過流事件的保護功能,從而減少了對額外元件的需求,進一步減小了PCB空間。
 
在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法
圖5:DRV8220DSG集成電機驅(qū)動器布局;PCB面積為4.5mm x 4.4mm,或19.8mm2
 
設(shè)計靈活性、簡化、可重用性和可擴展性
 
樓宇自動化、電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和個人電子產(chǎn)品中的許多應(yīng)用程序都有多個具有不同系統(tǒng)要求的平臺。以設(shè)計皂液器、自動馬桶、紙巾分配器和類似應(yīng)用的智能衛(wèi)生設(shè)備公司為例,如圖6所示。這些應(yīng)用需要不同類型的自動化負載:用于分配閥的雙向有刷直流電機、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。
 
在低壓H橋應(yīng)用中減小布板尺寸和電池消耗的方法
圖6:常見的電機驅(qū)動智能衛(wèi)生設(shè)備應(yīng)用
 
理想情況下,你可以針對所有這些場景使用靈活的解決方案,但這通常需要花費大量時間和精力來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。實現(xiàn)這種簡化、可擴展性和接口靈活性能夠使用相同或相似驅(qū)動器驅(qū)動不同電機、繼電器、螺線管和其他類型負載。此外,還考慮到了設(shè)計的可重用性,從而大大縮短上市時間。有關(guān)DRV8210電機驅(qū)動器系列如何幫助實現(xiàn)這些優(yōu)勢的更多詳細信息,請參閱DRV8210數(shù)據(jù)表的第9節(jié)。
 
如本文所述,樓宇自動化和電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中的眾多低壓和電池供電平臺要求電機驅(qū)動器具有靈活、可擴展和易于設(shè)計的特點。同時,這些電機驅(qū)動系統(tǒng)必須提供強大的低功耗睡眠模式,以最大限度地延長電池運行時間,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。查看低壓H橋電機驅(qū)動器,了解有關(guān)TI如何實現(xiàn)小尺寸、低功耗和設(shè)計可擴展性這些優(yōu)勢的更多信息。
 
 
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