用于无刷直流振动电机应用的全集成霍尔效应电机驱动器亚博尊贵会员
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作者：Shaun Milano，A亚博棋牌游戏llegro MicroSystems，LLC
摘要
振动马达被广泛应用于手机、游戏手柄、手持式视频游戏、寻呼机、牙刷和剃须刀等。特别令人亚博尊贵会员感兴趣的是手机市场，因为2007年全球手机产量预计将超过10亿部。手机市场推动了微型振动电机设计和制造技术的创新。小型手机需要消耗较少PCB面积的电机，并且需要薄电机设计。手机中还增加了来电显示振动音和游戏应用程序的电机功能。本文将讨论一种先进的霍尔效应快板技术™ 微系统A1442型无刷直流无刷直流电机驱动器非常适合提供先进的手机振动电机功能。
振动电机设计
大多数振动电机由一个小型电机组成，它驱动一个不平衡的重量，如图所示1
图1。投币式振动马达。一个相对平坦的偏心块在一个保护性的外壳中旋转。（1） 外壳，（2）转子底座，（3）重量和（4）轴。
电机为直流（DC）电刷或无刷电机，配置有两种基本类型：硬币（或平的)以及圆柱（或酒吧).
圆筒型电机是传统轴向设计的简单电刷电机，如图2所示。气缸马达被应用于各种应用中，但由于其尺寸大，在移动手持设备应用中是不受欢迎的。圆筒型电机要求手机内的体积最大，通常是所有振动电机中直径空间最大的。亚博尊贵会员
图2。圆筒（棒）型振动电机，外部重量垂直于机体旋转。
当电刷在电机线圈中切换电流时，所有电刷电机在换向点产生火花。这些火花是宽带射频干扰（RFI）的优秀发射器。电刷磨损是导致电机故障的主要原因。
由于需要更小、更薄的设计，电刷电机技术被应用到硬币型电机中，如图3所示。与电刷接触的换向器点使转子中的线圈通电。给线圈通电建立一个足够强的磁场，与集成在定子中的环形磁铁相互作用，引起旋转。
如图3所示，换向点以交替极性对排列，因此当转子移动时，线圈在经过换向点时不断反转极性。以这种方式，马达不断地旋转，并且速度与施加的电压成正比。硬币设计中更复杂的电刷通常不如其等效的刷筒电机可靠。
图3。刷币式振动电机分解图。（1） 外壳顶部，（2）转子（安装视图），（3）转子（倒置视图），（4）外壳底部，（5）线圈，（6）换向点，（7）交流电源电路，（8）环形磁铁（显示代表性极区），（9）电源刷。
无刷振动电机
如前所述，无刷电机可延长电机寿命，并可通过无火花消除射频干扰。BLDC设计也提供了行业中最小直径和最薄的硬币型电机。图4说明了这种电动机的基本结构。
图4。无刷硬币型振动电机分解图。电刷和换向触点被霍尔效应传感器IC（Allegro MicroSystems A1442所示）取代，线圈重新定位到定子上。（1） 外壳顶部，（2）转子（安装视图），（3）转子（倒置视图），（4）外壳底部，（5）环形磁铁（显示代表性极性区域亚博棋牌游戏），（6）偏心块，（7）线圈。
在这种设计中，转子组件包括磁铁以及在旋转过程中提供振动的重量。相对较大的线圈被移动到定子，在那里它们被连接到控制IC。
数字换流和线性软开关消除了火花，因此射频干扰。完全集成的A1442霍尔效应器件和精密放大器通过比较器电路连接到内部全桥输出，以确定正确的换相点。图4所示电机中的第三根导线是可选的，连接到A1442上的启用引脚，该引脚可用于控制主动制动和睡眠功能。第三根导线可以通过将IC引脚连接到PCB上的VCC来消除。
A1442是驱动电机所需的唯一IC。图5中的功能框图说明了设备的操作和高级特性。注意，在图4和图5中，集成霍尔元件消除了对外部霍尔元件的需要，从而将电机PCB元件数量减少到只有A1442。唯一需要的外部元件是一个标准电路特性，即位于应用电机安装PCB上的0.1µF旁路电容器，用于将切换感性负载时产生的电源电压尖峰降至最低。
图5。A1442无刷直流振动电机驱动器功能框图。
软开关与换相
当设备通电时，它感应到磁场并激活电桥。根据磁极设置有源晶体管。一个南极磁场激活输出晶体管Q1和Q4，驱动电流从V出口1至V输出2. 当北极磁极接近时（由于旋转），Q1和Q4关闭，Q2和Q3打开。这将从V驱动电流输出2至V出口1，从而使线圈中的电流反向流动。
电机设计各不相同，但最大转速范围为9000至15000 rpm。大多数设计使用4极转子磁铁，少数设计使用6极磁铁。利用这些参数，可以很容易地计算换相开关频率（f反恐精英，Hz）使用以下公式：
f级反恐精英=RPM×PP/60，
式中，PP是极对数。对于转速为9000转/分的四极磁铁，f反恐精英是300赫兹，对于15000转/分的6极磁铁，是750赫兹。因此，换向信号和线圈电流切换事件在可听见的频率范围内发生。软开关驱动算法是通过逐渐减小然后反转线圈中的电流来最小化通过切换感应电机线圈负载产生的可听噪声和电磁干扰的最佳算法。图6中的时序图说明了切换行为。
图6。A1442 BLDC振动电机驱动器时序图。（1） 由A1442感应到的转子磁场，（2）用于换向的霍尔电路内部信号，（3）全桥激活信号，（4）A1442输出，（5）感应电机线圈电流。
主动制动、休眠模式和防失速
Allegro A1442具有集成的主动制动功能，可用于快速停止-启动循环。快速停止-启动循环在手机中非常有用，可用于振动铃声、静音模式下的来电显示以及游戏应用程序。使用/SLEEP引脚激活制动功能，如图5所示。亚博尊贵会员
当向/SLEEP引脚施加低信号时，A1442通过反转输出电桥的极性，从而改变通过电机线圈的电流方向，启动主动制动功能。反转电流的作用，也就是磁场的作用，是施加力使电机反向旋转，从而使电机迅速减速。制动后，A1442通过关闭IC的有源电路进入休眠模式。
在休眠模式下，IC的电流消耗通常小于1µA。使用/sleep引脚可以消除客户PCB上的FET晶体管，该晶体管在其他情况下是打开和关闭电机电源所必需的；因此，电机可以永久连接到电池。
如果电机失速，A1442将启动反失速算法。当失速事件发生时，输出将持续打开和关闭，以重新启动电机。开关循环产生转矩循环，使电机震动，提高起动概率。它还可以防止可能损坏电机线圈的持续失速电流。
保护和超薄包装
反向电池保护是纳入了A1442，以保护设备的情况下，电机导线不经意地焊接在PCB上向后，使返工成为可能。
如果线圈的输出在设备通电时意外短路，A1442具有热关机保护，当IC加热时将禁用输出。反向电池保护功能和热关机已被证明是非常强大的功能，组装厂和返工在OEM板组装。
随着非常薄的设计的出现，比如摩托罗拉®摩托拉兹商标手机、振动电机的厚度已成为重要的卖点。Allegro A1442设备是世界上最薄的MLP包之一。随着目前成品电机厚度趋向于1.5 mm及以下，使用Allegro EW封装、最大总封装高度为0.4 mm的MLP（DFN）以及长度和宽度尺寸仅为1.5 mm×2.0 mm可获得额外的设计灵活性。A1442电子战包如图7所示。
图7。A1442电子战包装。
摘要
A1442是一种全桥电机驱动器，设计用于驱动低压无刷直流（BLDC）电机。电机的换向是通过使用单个霍尔元件来检测交替极环磁铁的旋转位置来实现的。这个装置集成了所有必要的电子设备。这包括用于换向的霍尔元件电路、电机控制电路和全输出电桥。
这种完全集成的单芯片解决方案提供了增强的可靠性（包括反向电池保护和输出短路保护），并且无需任何外部支持组件（除了标准的外部0.1µF旁路电容器）。
该A1442采用软开关算法，以尽量减少可听开关噪声，射频干扰和电磁干扰。第三个引脚上提供主动制动功能，可用于来电显示和游戏功能的快速停止-启动循环。第三个引脚还支持微功耗休眠模式，以减少便携式电子设备中电池管理的电流消耗。占地面积小，低姿态电子战包，使非常薄的电机设计。
Allegro A1442 BLDC电机驱动器非常适合在便携式手机和其他产品（如寻呼机、手持视频游戏控制器、电子牙刷和剃须刀）的振动电机应用中提供高级功能和包装。亚博尊贵会员