振動馬達(dá)用于各種應(yīng)用中,包括手機(jī)、游戲操縱桿、手持游戲機(jī)、尋呼機(jī)、牙刷及剔須刀等。最令人感興趣的是手機(jī)市場,該市場的全球手機(jī)出貨量在2007年已經(jīng)超過10億部。手機(jī)市場推動著微型振動馬達(dá)設(shè)計與制造技術(shù)方面的創(chuàng)新。較小的手機(jī)要求馬達(dá)占用較少的PCB面積,并需要馬達(dá)采用較薄的設(shè)計。手機(jī)中還采用了進(jìn)行來電顯示振鈴及游戲應(yīng)用的馬達(dá)。
多數(shù)振動馬達(dá)由一個較小的電動馬達(dá)驅(qū)動一個偏心配重,如圖1所示。馬達(dá)為直流有刷或無刷電機(jī),有兩種基本的結(jié)構(gòu):硬幣狀(扁平)與圓柱形(條狀)。
柱型馬達(dá)是采用傳統(tǒng)軸向設(shè)計的簡單有刷電機(jī),如圖2所示。用于多種應(yīng)用中,但由于體積較大,不適合在手機(jī)中應(yīng)用。柱型馬達(dá)在手機(jī)中需要較大的空間,直徑是所有振動馬達(dá)中最大的。
在電刷切換馬達(dá)線圈的電流時,所有的有刷電機(jī)在換向點(diǎn)會產(chǎn)生電火花。這些電火花是寬帶射頻干擾(RFI)的最佳發(fā)射源。電刷會發(fā)生磨損,這是馬達(dá)故障的最主要原因。
更小、更薄的設(shè)計需求促成了將有刷電機(jī)技術(shù)用于扁平振動馬達(dá)中,如圖3所示。與電刷接觸的換向點(diǎn)對轉(zhuǎn)子中的電動線圈進(jìn)行激勵。激勵線圈時會產(chǎn)生一個磁場,該磁場可與集成在定子中的環(huán)形磁鐵作用,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
如圖3所示,換向點(diǎn)以交變的極性對排列,當(dāng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動時,線圈在通過換向點(diǎn)時不斷地改變極性。馬達(dá)如此以與所施加電壓成正比例的速度持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。扁平振動馬達(dá)中更復(fù)雜的電刷一般比柱形馬達(dá)電刷的可靠性差一些。
無刷振動電機(jī)
如前所述,無刷電機(jī)具有較長的壽命,并由于產(chǎn)生的電火花較少,也沒有了RFI干擾。無刷直流(BLDC)設(shè)計還提供業(yè)內(nèi)直徑最小、厚度最薄的扁平振動馬達(dá)。圖4介紹了這種馬達(dá)的基本構(gòu)造。
在這種設(shè)計結(jié)構(gòu)中,轉(zhuǎn)子組件中包含了磁鐵和在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生振動的配重。較大的線圈移到了定子內(nèi)部,在定子中連接到控制IC。
[page]
數(shù)字換向與線性軟開關(guān)避免了電火花,從而也避免了RFI干擾。Allegro完全集成的A1442霍爾效應(yīng)傳感器與精密放大器通過比較器電路連接到一個內(nèi)部全橋輸出電路,該比較器可確定適當(dāng)?shù)膿Q向點(diǎn)。圖4中馬達(dá)的第三條線是可選的,它連接到A1442的啟用針腳(enablepin),用作控制主動制動與睡眠功能。第三線可將IC針腳連接到PCB的VCC。
A1442是驅(qū)動馬達(dá)唯一必須的的IC。圖5所示的功能模塊圖說明了設(shè)備運(yùn)行和先進(jìn)的特性。注意圖4和圖5中,采用集成的霍爾傳感器免除了外部霍爾傳感器,從而減少了馬達(dá)PCB元件數(shù)量。唯一所需的外部元件是一種標(biāo)準(zhǔn)電路特性——位于應(yīng)用馬達(dá)安裝PCB上的0.1µF的旁路電容,它用于降低在開關(guān)電源的電感負(fù)載時產(chǎn)生的瞬時電壓峰值。
軟開關(guān)與換向
當(dāng)設(shè)備加電時,它可檢測到磁場并激活電橋。活動的晶體管根據(jù)磁極來設(shè)定。南極磁場激活輸出晶體管Q1與Q4,驅(qū)動電流從VOUT1流行VOUT2。當(dāng)北極磁場出現(xiàn)接近時(旋轉(zhuǎn)),Q1與Q4關(guān)閉,而Q2和Q3導(dǎo)通。該驅(qū)動電流從VOUT2流向VOUT1,從而逆轉(zhuǎn)了經(jīng)過線圈的電流方向。
馬達(dá)的設(shè)計會有所變化,但其最大的轉(zhuǎn)速范圍從9,000rpm到15,000rpm。多數(shù)的設(shè)計采用四極的轉(zhuǎn)子磁鐵,有些少數(shù)的設(shè)計采用六極磁鐵。使用這些參數(shù),使用下面的等式可輕松地計算出換向開關(guān)頻率(fCS,Hz):
fCS=RPM×PP/60,
其中PP為磁極對的數(shù)量。對于轉(zhuǎn)速為9,000rpm的四極磁鐵,fCS為300Hz。對于轉(zhuǎn)速為9,000rpm的四極磁鐵,fCS為750Hz。因此,換向信號與線圈電流開關(guān)事件均在在音頻范圍內(nèi)。軟開關(guān)驅(qū)動算法為通過逐漸降低線圈中的電流然后反轉(zhuǎn)其方向,可減少由開關(guān)感應(yīng)馬達(dá)線圈負(fù)載所產(chǎn)生的音頻噪音及EMI。圖6時序圖說明了開關(guān)活動的過程。
主動制動、睡眠模式、防空轉(zhuǎn)
A1442BLDC馬達(dá)驅(qū)動電路集成了主動制動功能,可用于快速停止或啟動循環(huán)。當(dāng)手機(jī)處于睡眠模式時,快速停止或啟動循環(huán)在手機(jī)振鈴、來電顯示中十分有用,也用于游戲應(yīng)用中。制動功能可用睡眠針腳激活,如圖5所示。
在一個低信號施加到睡眠針腳時,馬達(dá)會啟動主動制動功能:反轉(zhuǎn)輸出橋的極性,從而反轉(zhuǎn)電流方向。反轉(zhuǎn)電流方向而使磁場反轉(zhuǎn)的效果,是為了施加一個以反方向旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的力,這樣可迅速地降低其速度。制動后,馬達(dá)驅(qū)動電路關(guān)閉活動電路IC,而進(jìn)入睡眠模式。
在睡眠模式下,IC的電流消耗通常小于1µA。睡眠模式可免除客戶PCB上的FET晶體管,不然必須要有這種晶體管來關(guān)閉或開啟馬達(dá)的電源。這樣,電機(jī)就可永久地連接到電池上。
如果電機(jī)停止,驅(qū)動電路會發(fā)起一個防空轉(zhuǎn)算法。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)停止時,輸出會不斷地開啟與關(guān)閉來重啟馬達(dá)。開關(guān)循環(huán)生成力矩循環(huán)來抖動電機(jī)以增加啟動的機(jī)會。它還預(yù)防能損壞馬達(dá)線圈的連續(xù)停止電流。
A1442中集成了反向電池保功能,以防止馬達(dá)線錯誤地反焊到PCB上,這樣也便于重新加工。如果設(shè)備關(guān)閉時線圈的輸出意外地短路,馬達(dá)驅(qū)動電路的熱關(guān)閉保護(hù)功能會在IC預(yù)熱時禁用輸出。反向電池保與熱關(guān)閉對組裝車間及在OEM電路板裝配線上返工是非常強(qiáng)大的功能。
隨著超薄設(shè)計的出現(xiàn),振動馬達(dá)的厚度成為一個重要的賣點(diǎn)?,F(xiàn)在馬達(dá)厚度接近1.5mm甚至更薄,利用EW封裝–MLP(DFN)的最大總封裝高度0.4mm,長度與寬度僅為1.5mm×2mm,可實現(xiàn)更大的設(shè)計靈活性。
特別推薦
- 復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?
- 電源效率測試
- 科技的洪荒之力:可穿戴設(shè)備中的MEMS傳感器 助運(yùn)動員爭金奪銀
- 輕松滿足檢測距離,勞易測新型電感式傳感器IS 200系列
- Aigtek推出ATA-400系列高壓功率放大器
- TDK推出使用壽命更長和熱點(diǎn)溫度更高的全新氮?dú)馓畛淙嘟涣鳛V波電容器
- 博瑞集信推出低噪聲、高增益平坦度、低功耗 | 低噪聲放大器系列
技術(shù)文章更多>>
- 基于GD32F407VET6主控芯片的永磁同步電機(jī)控制器設(shè)計
- 如何選擇和應(yīng)用機(jī)電繼電器實現(xiàn)多功能且可靠的信號切換
- 基于APM32F411的移動電源控制板應(yīng)用方案
- 數(shù)字儀表與模擬儀表:它們有何區(qū)別?
- 聚焦制造業(yè)企業(yè)貨量旺季“急難愁盼”,跨越速運(yùn)打出紓困“連招”
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
交流電機(jī)
腳踏開關(guān)
接觸器接線
接近開關(guān)
接口IC
介質(zhì)電容
介質(zhì)諧振器
金屬膜電阻
晶體濾波器
晶體諧振器
晶體振蕩器
晶閘管
精密電阻
精密工具
景佑能源
聚合物電容
君耀電子
開發(fā)工具
開關(guān)
開關(guān)電源
開關(guān)電源電路
開關(guān)二極管
開關(guān)三極管
科通
可變電容
可調(diào)電感
可控硅
空心線圈
控制變壓器
控制模塊