完全集成的霍尔效应电机驱动器，无刷直流振动电机应用雷竞技最新网址
完全集成的霍尔效应电机驱动器，无刷直流振动电机应用雷竞技最新网址
由Shaun Milano，All雷竞技竞猜下载egro Microsystems，LLC
抽象的
振动电机用于各种应用，包括手机手机，游戏操纵杆，手持式视频游戏，寻呼机，牙刷和剃须刀雷竞技最新网址只有几个。特别感兴趣的是移动手机市场，随着2007年的全球产量预计大于10亿手机。手机市场在微型振动电机的设计和制造技术方面推动了创新。较小的手机需求电机消耗较少的PCB区域，需要薄的电机设计。电机功能对于呼叫者ID振动音调以及游戏应用程序也被添加到手机上。雷竞技最新网址本文将讨论一个先进的Hall效果技术Allegro™MicrosystemsA1442无刷直流BLDC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
大多数振动电机包括一个小电机，该电机驱动不平衡的重量，如图所示1。
图1.硬币型振动电机。在保护外壳中相对平坦的偏心重量旋转。（1）外壳，（2）转子底座，（3）重量和（4）轴。
电机是直流（DC）刷或无刷电机，并配置为两个基本品种：硬币（要么平坦的） 和圆筒（要么酒吧）。
气缸型电机是具有传统轴向设计的简单刷电机，如图2所示。圆柱电机在各种应用中使用，但由于其大尺寸而在移动手机应用中是不希望的。雷竞技最新网址气缸型电动机要求手机内最大的体积，通常是所有振动电机的最大直径空间。
图2.气缸（条）型振动电机，外部重量旋转垂直于身体。
所有刷子电机在换向点产生火花，因为画笔在电机线圈中切换电流。这些火花是宽带射频干扰（RFI）的优异发射机。刷子磨损并被证明是电机故障的主要原因。
需要更小的，更薄的设计导致刷电机技术的适配到硬币型电机中，如图3所示。与刷子接触的换向器点激励转子中的电线箱。激励线圈建立足够强的磁场，以与集成在定子中的环形磁铁相互作用，导致旋转。
如图3所示，换向点以交替的极性对排列，因此随着转子移动，线圈在通过换向点时恒定地扭转极性。以这种方式，电动机不断旋转，并且以与施加的电压成比例的速度。硬币设计中的更复杂的刷子通常不如其等效刷缸电机可靠。
图3.刷子币式振动电机爆炸视图。（1）外壳顶部，（2）转子（视图为安装），（3）转子（倒视），（4）外壳底部，（5）线圈，（6）换向点，（7）交流电源电路，（8）环形磁铁（显示代表极性区域），（9）电源刷。
无刷振动电机
如所讨论的，无刷电机带来了延长的电机寿命，并通过缺乏火花来消除RFI。BLDC设计还提供行业中最小的直径和最薄的币式电动机。图4示出了这种电动机的基本结构。
图4.无刷硬币式振动电机爆炸视图。刷子和换向触点由霍尔效应传感器IC（显示的Allegro Microsystems A1442）取代，线圈被重新安置到定子。雷竞技竞猜下载（1）外壳顶部，（2）转子（视图为安装），（3）转子（倒视），（4）外壳底部，（5）环形磁铁（显示代表极性区域），（6）偏心重量，（7）线圈。
在这种设计中，转子组件包括磁铁以及在旋转期间提供振动的重量。相对庞大的线圈移动到定子，在那里它们连接到控制IC。
数字换向和线性软切换消除了火花，因此RFI干扰。完全集成的A1442霍尔效应装置和精密放大器耦合到通过比较器电路输出的内部全桥，确定正确的换向点。图4的电机中所示的第三丝是可选的，连接到A1442上的使能引脚，可用于控制主动制动和睡眠功能。可以通过将IC引脚绑定到PCB上的VCC来消除该第三线。
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操作和高级功能。在图4和5中通知，集成霍尔元件消除了对外部霍尔元件的需求，从而将电动机PCB组件计数降低到A1442。所需的唯一外部元件是标准电路特征，位于应用电机支架PCB上的0.1μF旁路电容，用于最小化电源时产生的电压尖峰。
图5. A1442 BLDC振动电机驱动器功能框图。
软切换和换向
当器件为向上电时，它会感应磁场并激活桥接器。根据磁极设置有源晶体管。南极性磁场激活输出晶体管Q1和Q4，驱动V的电流OUT1.到V.OUT2.。作为北极磁极接近（由于旋转），Q1和Q4被关闭，Q2和Q3接通。这驱动来自v的电流OUT2.到V.OUT1.从而反转在线圈中流动的电流方向。
电机设计变化，但最大RPM范围为9 000至15 000 rpm。大多数设计采用4极转子磁铁，使用6极磁铁的一些设计。使用这些参数，很容易计算换向频率（F.CS，Hz）使用以下公式：
FCS= RPM×PP / 60，
其中PP是极对的数量。对于9 000rpm，f的4极磁铁CS是300 Hz，对于6杆磁铁，为15 000 rpm，它是750 Hz。因此，换向信号和线圈电流切换事件发生在可听频率范围内。软切换驱动算法最佳，可通过逐渐减少通过切换电感电机线圈负载而产生的可听噪声和EMI，然后在线圈中反转电流来最小化。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，（2）霍尔电路内部信号感测的转子磁体场，用于换向，（3）全桥接信号，（4）A1442输出，（5）诱导电机线圈电流。
主动制动，睡眠模式和防摊位
Allegro A1442具有集成的主动制动功能，可用于快速停止循环。快速停止启动周期可用于振动铃声的移动手机，当手机处于静音模式时的来电显示，以及用于游戏应用程序。雷竞技最新网址使用/睡眠引脚激活制动功能，如图5所示。
当向/睡眠引脚施加低信号时，A1442通过反转输出桥的极性并通过电动机线圈启动主动制动功能。反转电流和因此该领域的效果是施加力以沿反向旋转电动机，这将迅速减速电动机。制动后，A1442通过关闭IC的有源电路来进入睡眠模式。
在睡眠模式期间，IC的电流消耗通常小于1μA。/睡眠引脚可以消除客户PCB上的FET晶体管，否则将有必要打开和关闭电机的电源;结果，电动机可以永久地连接到电池。
如果电机档位，A1442将启动防失速算法。发生失速事件时，输出将不断打开和关闭以重新启动电机。开关周期产生扭矩循环，摇动电机并提高开始的概率。它还防止了可能损坏电机线圈的连续失速电流。
保护和超薄包装
反向电池保护融合在A1442上以保护装置，以防电动机导线在PCB上无意中焊接，使返工成为可能。
如果设备通电时，线圈的输出无意中短路，则A1442具有热关断保护，可以随着IC加热而禁用输出。反向电池保护功能和热关机已被证明是装配厂和OEM板组件的返工非常稳健的功能。
随着非常薄的设计，如摩托罗拉®Motorazr.TM值电话，振动电机的厚度已成为一个重要的销售功能。Allegro A1442设备可在世界上最薄的MLP包中提供。随着现成的电动机厚度趋向于1.5 mm，下方，使用Allegro EW包装，MLP（DFN）的额外设计灵活性，总封装高度为0.4 mm，长度和宽度尺寸仅为1.5 mm×2.0 mm。A1442 EW包如图7所示。
图7. EW包装中的A1442。
概括
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。通过使用单个霍尔元件来实现电动机的换向以检测交流杆环形磁体的旋转位置。该器件集成了所有必要的电子设备。这包括用于换向，电动机控制电路和全输出桥的霍尔元件电路。
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），除了标准外部0.1μF旁路电容之外，无需任何外部支撑部件。
A1442采用软切换算法，可最大限度地减少可听切换噪声和RFI和EMI干扰。在第三个引脚上提供了主动制动功能，可用于呼叫者ID和游戏功能的快速停止循环。第三引脚还使微功率睡眠模式能够降低便携式电子设备中的电池管理的电流消耗。小型占地面积和低调EW封装可实现极薄的电机设计。
Allegro A1442 BLDC电机驱动器非常适合在便携式手机和其他产品中提供高级功能和包装，如寻呼机，手持式视频游戏控制器，电子牙刷和剃须刀。雷竞技最新网址