随着全球人口的增长，在我们的家庭、医院、学校和工作场所携带和传播细菌的风险也在增加。自动纸巾分配器、肥皂分配器、垃圾桶以及智能马桶和水龙头等智能卫生产品可以减少细菌在公共区域的传播。
可以使用电动机或螺线管使智能卫生产品中的每个动作或阀门调节自动化，从而实现免提操作并减少通过接触传播细菌的可能性。有刷直流电机和自锁螺线管在这些产品中很受欢迎，因为它们成本低且易于设计。然而，工程师在为这些应用程序设计时面临许多挑战，涉及：
- 位置和速度控制
- 失速检测
- 系统规模
- 保护
- 电池寿命
在本文中，我们将了解我们的 有刷直流电机和 H 桥驱动器如何帮助解决这些设计挑战。
位置和速度控制
在智能环卫产品中，能够控制有刷直流电机的位置和速度是非常有帮助的。例如，纸巾分配器需要从卷筒中分配特定部分，以便不浪费纸，同时仍向用户提供足够的量。为了实现这一点，系统需要来自电机的某种形式的反馈来了解负载的位置。
有很多方法可以实现这一点，但最简单的方法之一是集成电流感应。我们 具有集成电流感应的有刷直流电机驱动器不仅提供来自电机的电流反馈，而且无需外部感应电阻器。例如，DRV8876集成了电流感应，该电流感应使用电流镜架构感应电机绕组中的电流，并通过 IPROPI 引脚将此电流信息反馈给微控制器。如图 1 所示，取消外部放大器或检测电阻器可减少组件数量，将电路板尺寸减少至少 12% 并降低系统成本。
图 1：具有外部分流电阻的 DRV8870 与具有集成电流感应的 DRV8871
还可以利用电机电流进行无传感器位置和速度检测，通常称为纹波计数。如图 2 所示，电流纹波是由电机中的电刷在每次旋转期间与换向器接触形成的。纹波计数的基本原理是计算电流中纹波的数量，它转化为旋转，从而转化为相对速度和位置。
图 2：IPROPI 电流反馈信号，带有来自有刷直流电机换向的纹波
失速检测
既然我已经分享了一种监控速度和位置的技术，让我们讨论一种有效的方法来检测电机运动中的末端位置或阻塞，也称为失速事件。
如图 3 所示，电机启动会产生很大的浪涌电流，然后在电机连续运动期间会减小到较低水平。然后，当负载到达行程终点时，或者如果由于施加的扭矩出现较大的峰值而导致系统出现堵塞，电流就会再次出现峰值。
图 3：具有可能失速事件的系统的典型有刷直流电机曲线
使用 IPROPI 电流检测输出以及DRV8873、DRV8874和DRV8876上的限流控制，微控制器可以检测这些不同的电流区域、检测失速情况并停止驱动电机——无需任何操作即可节省能源和功率其他外部组件。
将电机和螺线管安装到小尺寸中
虽然许多洗手间都有自动化系统，但它们仍然需要具有美观的外形，甚至是隐藏在视线之外。这通常意味着系统需要很小，这不会为电子设备留下太多空间。
分立的有刷电机系统不仅需要驱动组件和四个单独的功率金属氧化物半导体场效应晶体管或 MOSFET，而且许多系统还包括用于系统保护的组件。转向集成电机驱动电路有助于显着减小电路板尺寸和印刷电路板费用以及组件源的数量，同时集成一整套保护电路，例如热关断和过流和欠压保护。如图 4 所示，DRV8837C 在 4-mm 2封装中提供了整个驱动和保护电路。
(一) (二)
图 4：分立式 H 桥电路（a）；带有 DRV8837C 的集成电机驱动器 H 桥 (b)
自动水龙头通常有两个用于混合冷热水的阀门，并且可能需要两个螺线管或有刷直流电机，而这又需要两个 H 桥，占用更多的电路板空间。DRV8847等器件是将多个电机驱动系统集成到单个集成电路中的良好解决方案。
电池供电的智能环卫产品及一般设计注意事项
由于许多智能卫生产品都是电池供电的，例如冲洗阀、肥皂或纸巾分配器，因此降低电机驱动器的功耗以延长电池寿命至关重要。DRV8837 等设备在等待来自微控制器的唤醒命令时通常仅消耗 35 nA 的电流。
在智能卫生系统设计中使用 TI 的有刷直流电机驱动器有助于减少电路板空间、系统成本和消耗更少的电池电量，同时提供增强的保护和功能，例如对被驱动负载的失速、速度或位置检测。
来源：电子资料库
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