Prezentare generală

Deoarece motoarele cu vibrații au o mare varietate de aplicații, ele sunt adesea integrate în sisteme care au surse de alimentare diferite. O preocupare comună, în ceea ce privește alimentarea cu energie, este reglarea tensiunii sursei de alimentare la un nivel adecvat pentru motorul de vibrație sau circuitele de acționare. Acest lucru protejează motorul și poate asigura un nivel constant de performanță pentru utilizări precum feedback-ul haptic.

Motoarele noastre de vibrații sunt alimentate cu curent continuu și au tensiuni nominale cuprinse între 1,5V și 24V, majoritatea funcționând în capătul inferior al spectrului. Aceasta este adesea mai mică decât tensiunea de alimentare a sistemului și sunt necesari pași suplimentari pentru a reduce tensiunea de alimentare a motorului de vibrație pentru a evita deteriorarea acestuia.

Pentru aplicațiile care sunt alimentate cu baterii, cum ar fi echipamentele portabile, este posibil ca alimentarea cu tensiune să nu fie constantă. Deși bateriile sunt adesea specificate de o tensiune nominală, aproape toate chimicalele bateriilor fluctuează în funcție de nivelul lor de încărcare. Acest lucru poate avea un impact asupra performanței motorului de vibrații.

Prin urmare, acest Buletin de aplicații vizează discutarea tehnicilor populare pentru alimentarea motoarelor de vibrații din surse de energie diferite și, în unele cazuri, fluctuante. Am prezentat deja modul în care motoarele sunt acționate în telefoanele mobile și, în acest buletin, am presupus că ieșirea circuitului de alimentare ar fi conectată direct la motor printr-un driver discret sau un pod h.

Dacă aveți întrebări sau nu sunteți sigur cu privire la cea mai bună abordare pentru aplicația dvs. și alegerea motorului de vibrații, vă rugăm să ne contactați pentru sfaturi.

Divizorul potențial

tehnici

Circuit divizor de potențial

Divizorul potențial este o metodă foarte simplă și ieftină pentru reducerea tensiunii și poate fi calculat folosind Legea lui Ohm. Este creat prin plasarea unui rezistor în serie cu motorul, apoi o parte din tensiunea de alimentare apare pe noul rezistor, R1, iar restul cade peste motor.

Analiza circuitului nu este complet simplă din cauza „forței electromotoare din spate” a motorului sau EMF. Aceasta este creată de rotația motorului prin câmpul său magnetic intern și apare ca o sursă de tensiune în direcția opusă tensiunii de alimentare. Consultați circuitul echivalent pentru funcționarea continuă mai jos. Din păcate, contabilizarea EMF este dificilă, deoarece variază în funcție de viteza motorului.

Circuit echivalent divizor potențial

Din fericire, cu informațiile furnizate în fișele noastre tehnice complete și o simplă reducere a circuitului, puteți găsi o valoare pentru rezistența de serie pentru fiecare dintre motoarele noastre de vibrații.

Valoarea lui \ (R_ \) trebuie să fie suficient de scăzută încât tensiunea motorului să fie peste tensiunea de pornire certificată, dar suficient de mare, astfel încât să nu depășească tensiunea maximă de funcționare. De asemenea, putem elimina EMF din ecuație. Pentru valoarea maximă a \ (R_ \) (asigurarea că motorul atinge tensiunea de pornire certificată), luăm în considerare circuitul când motorul nu a început încă să se rotească, ceea ce înseamnă că EMF este zero. În plus, pentru valoarea minimă de \ (R_ \) (asigurându-ne că motorul nu depășește tensiunea maximă de funcționare), considerăm cel mai rău caz, care este atunci când motorul funcționează la rezistența sa maximă. Acest lucru se întâmplă și atunci când EMF este egal cu zero.

Putem apoi reduce circuitul la o ecuație simplă de divizare a tensiunii, unde valorile superioare și inferioare ale \ (R_ \) sunt legate de următoarele:

\ (R_ \) este rezistorul de serie

\ (R_ \) este valoarea Rezistența maximă tipică a terminalului (în foaia tehnică a motorului cu vibrații)

\ (V_ \) este tensiunea de alimentare

\ (V_ \) este valoarea tensiunii de pornire certificate (în foaia tehnică a motorului cu vibrații)

\ (V_ \) este valoarea Tensiunii maxime de funcționare (în foaia tehnică a motorului cu vibrații)

Vă rugăm să rețineți: acestea sunt limite teoretice și se bazează pe valori tipice. Ar trebui să vă testați întotdeauna sistemul cu atenție și să funcționați bine în aceste limite folosind un factor de siguranță adecvat.

De exemplu, dacă am încerca să conducem motorul de vibrații SMD 304-103 de la o sursă de alimentare de 15V, am putea folosi ecuația de mai sus pentru a calcula valorile minime și maxime ale \ (R_ \).

$$ R_ \ leq 249 \ Omega $$

$$ R_ \ geq 125 \ Omega $$

De asemenea, este important să calculați puterea disipată prin rezistorul de serie, pentru a vă asigura că are o putere de putere adecvată. Calculul este simplu, deoarece curentul maxim de funcționare pentru motorul selectat se găsește și în foaia tehnică.

Continuând cu exemplul 304-103, folosind valoarea maximă pentru \ (R_ \) permisă:

$$ P_ = (75mA) ^ 2 \ ori 249 \ Omega $$

Determinarea puterii nominale a rezistenței necesare pentru a gestiona acest nivel de disipare a puterii depășește scopul acestui articol, dar există o mulțime de articole pe web care vă pot ajuta. De asemenea, din ecuația de mai sus putem vedea că alegerea unei valori mai mici pentru \ (R_ \) poate reduce puterea minimă.

Seria diodă

Dioda din serie cu motor de vibrații

Aceasta este probabil cea mai simplă metodă de reducere a tensiunii de alimentare cu o cantitate fixă. Funcționează prin plasarea unei diode de siliciu în serie cu sursa de alimentare și motor, ceea ce face ca dioda să funcționeze în regiunea normală orientată spre înainte.

În această operațiune, dioda are o cădere de tensiune de 0,6 V - 0,7 V, indiferent de tensiunea de alimentare. Aceasta este o soluție excelentă dacă tensiunea de alimentare este chiar peste tensiunea maximă de funcționare a motorului de vibrație sau în limita a 0,6 V.

Acest lucru poate părea o întâmplare rară, cu toate acestea multe dintre motoarele noastre sunt evaluate la 3V cu o tensiune maximă de funcționare de

3,6V. Aceste motoare vibrante sunt adesea utilizate în aplicații portabile și de mobilitate, unde bateriile litiu-ion sunt o alegere populară a sursei de alimentare. Acestea sunt în principal în intervalul de 3,6 V - 4,2 V (în funcție de încărcare), ceea ce face ca metoda diodei în serie să fie o soluție perfectă cu cost redus, cu amprentă redusă.

Disiparea puterii în diodă este, de asemenea, o problemă, dar, de exemplu, un motor tipic ar putea dura 100mA, cu 0,6v peste diodă, ducând la o disipare a puterii de 60mW, care ar trebui să fie în sfera multor diode de amprentă mică.

Diodă Zener

Dioda ideală nu permite trecerea curentului atunci când se aplică o tensiune în direcția inversă, acționând ca un circuit deschis. În realitate, diodele au o „regiune de defalcare”. Acesta este momentul în care tensiunea inversă este suficient de mare încât dioda să se descompună și să permită curgerea curentului. Diodele Zener sunt proiectate să funcționeze în această regiune unde au o cădere de tensiune aproape constantă, cunoscută sub numele de tensiune de rupere sau tensiune Zener.

Unele circuite mai simple folosesc o diodă Zener în serie cu sarcina. Tensiunea de rupere necesară a diodei ar fi egală cu tensiunea de alimentare minus tensiunea dorită în sarcină. Pentru motoarele cu vibrații, acest design ar putea să nu fie de dorit, deoarece dioda ar putea deveni fierbinte, deoarece există un curent mare care trece prin ea.

O metodă preferată este de a utiliza o sarcină conectată în paralel cu dioda, după care Zener va „prinde” tensiunea peste sarcină. Aceasta înseamnă că chiar și sub o sursă de energie variabilă, atâta timp cât tensiunea sursei este mai mare decât tensiunea de rupere a diodei Zener, sarcina va avea o sursă de tensiune constantă. Rețineți că tensiunea Zener depinde de curentul care circulă prin dispozitiv și, prin urmare, tensiunea furnizată sarcinii poate fluctua puțin.

Disiparea puterii în Zener este ceva de luat în considerare și, în general, există un grafic pe foaia tehnică Zener care poate fi utilizat pentru a determina disiparea puterii pe baza curentului.

Regulator de tensiune a diodei Zener

O schemă a unui circuit tipic de reglare a diodei Zener este prezentată în dreapta. Deoarece diodele Zener sunt proiectate să funcționeze în regiunea de defecțiune, acestea indică în direcția opusă diodelor normale din schemă, cu anodul conectat la sol sau la terminalul negativ.

Pentru a limita curentul și a disipa tensiunea în exces, un rezistor este plasat în serie cu sursa de alimentare. Valoarea rezistenței \ (R_ \) se calculează după cum urmează:

\ (V_ \) este tensiunea de alimentare

\ (R_ \) este tensiunea de rupere a diodei Zener

\ (I_ \) este curentul prin dioda Zener (preluat din foaia de date a diodei)

\ (I_ \) este curentul tras de motor, valoarea curentului tipic de funcționare

Regulatoare de tensiune LDO

Regulatoarele de tensiune low-out (LDO) sunt ambalate pe scară largă ca circuite integrate. Mulți dintre ei pot accepta o gamă de tensiuni de intrare și pot emite o tensiune constantă redusă. Valoarea tensiunii de ieșire depinde de regulatorul specific, dar există multe care sunt proiectate pentru a fi reglate cu o pereche de componente externe.

Regulatoarele LDO pot fi utilizate pentru a asigura o amplitudine constantă de avertizare a vibrațiilor în aplicațiile alimentate de baterie, unde nivelurile variate de încărcare ale bateriei ar cauza altfel o performanță variabilă a motorului.

IC regulator de tensiune

Acest exemplu se bazează pe un LT3060. Se utilizează un divizor de potențial pentru a regla tensiunea de ieșire, valorile utilizate vor depinde de regulatorul specific. Regulatoarele liniare tind să se bazeze pe o diodă Zener/designul tranzistorului cu o buclă de feedback pentru a regla tensiunea de ieșire.

Majoritatea regulatoarelor au inclus și un pin de oprire (SHDN), care poate fi utilizat pentru a opri regulatorul (economisind energie) și, prin inferență, porniți și opriți motorul.

O alternativă la regulatoarele liniare este modelul de comutare a modelelor de trepte de putere care sunt mai eficiente din punct de vedere energetic decât regulatoarele liniare. Cu toate acestea, având în vedere că motorul de vibrații nu este adesea acționat continuu, rareori merită cheltuielile suplimentare sau imobilele PCB.

IC-uri dedicate driverului de motor

Circuitele integrate de acționare a motorului sunt adesea cel mai simplu mod de a conduce un motor, deși nu cel mai ieftin. Aceștia pot accepta o gamă de tensiuni de intrare, pot emite diferite niveluri de tensiune, pot accepta o varietate de semnale de control și sunt adesea foarte bine documentate. Informațiile privind limitele de conformitate ale IC vor fi detaliate în fișele tehnice ale acestora și, de asemenea, includ adesea note de aplicație pentru personalizări.

În Buletinul de cerere 003 ne-am uitat la anumite jetoane destinate să acționeze actuatoare cu rezonanță liniară. Multe dintre aceste dispozitive au acceptat, de asemenea, motoare de vibrație ERM și au inclus note de aplicație pentru o personalizare suplimentară.

Driver motor de vibrație DRV8601 (ERM sau LRA)

Concluzie

Alimentarea circuitelor de acționare ale unui motor de vibrații direct de la o sursă de alimentare nu este întotdeauna posibilă, deoarece deseori tensiunea nominală maximă a motorului este sub cea a multor surse de alimentare. Chiar dacă o magistrală de tensiune continuă este disponibilă rapid, pot exista alte circuite în aplicație care utilizează o tensiune semnificativ mai mare decât motorul de vibrații. Problemele pot apărea și din sursele de tensiune ale bateriei, deoarece tensiunea de alimentare poate fluctua și duce la performanțe reduse.

Din fericire, este mult mai ușor să reglați tensiunea în jos decât să o creșteți și am demonstrat câteva dintre tehnicile populare de circuit pentru conectarea surselor de energie fluctuantă de tensiune mai mare la motoarele de vibrație.

Reducerea și stabilizarea tensiunii de alimentare pot fi realizate folosind componente discrete sau circuite integrate. Mai sus am furnizat exemple de circuite și formule pentru calcularea valorilor componente importante. Am discutat, de asemenea, IC-uri populare și s-au legat de buletine de aplicații separate, care se extind în continuare pe subiect.