基于SX8121的馬達驅(qū)動電路設計及其應用
摘要： 目前市場上大多數(shù)電動剃須刀和電推剪等小型電器的馬達一般由電池直接驅(qū)動，開關僅用于馬達的上電或斷電控制。對于充電電池,，這會導致在電量較低時過度放電和泄露,，不利于延長電池和馬達的使用壽命，且此種設備的充電回路也比較復雜,。不可充電的設備大多使用兩節(jié)干電池驅(qū)動,，不僅尺寸較大，成本也較高,。
Abstract：
Key words :
</a>SX8121" title="SX8121">SX8121" title="SX8121">SX8121" title="SX8121">SX8121,。采用1V DC供電，僅需單節(jié)電池,，充電回路僅需4個電阻和2個LED指示燈,，且可使用USB對鎳氫電池充電。該芯片可廣泛應用于電動剃須刀,、理發(fā)器,、電動牙刷等小型家電的設計和應用中。
SX8121簡介
SX8121是只需1V供電的馬達和LED控制器,，它可以通過一個按鍵的操作進入激活,、返回休眠狀態(tài)或者定時(10分鐘或者永不超時，通過第1腳上的電平高低選擇),，超時后自動重啟,。當SX8121處于激活狀態(tài)時，它將設置MOTOR控制管腳至高電平或者低電平（由POLARITY管腳控制)來控制馬達的開關,，同時在LED控制腳上輸出43KHz的脈沖用以控制LED,。
當外部供電電壓高于0.6V時，SX8121開始控制其I/O管腳的狀態(tài),。當外部直流電源的電壓VDD高于鎳氫電池的滿充電壓時(典型值1.41V),，有一個輸出管腳(NIMH)變成低電平，反之則為高電平,，它可以用于充電控制,。在不同的電壓下，芯片工作于不同模式,，如圖1所示,。
圖1 不同電壓下SX8121的工作模式
當電池的電壓高于0.6V~0.7V時，SX8121進入安全模式,，此種模式下所有管腳處于高阻狀態(tài),，這保證了電池接入時芯片的安全啟動。當電池電壓低于0.9V時處于低電壓模式,，芯片將不會對接在BUTTON管腳上的按鍵操作出任何響應,。MOTOR管腳和LED管腳均處于關閉狀態(tài),，芯片每秒鐘檢測一次電池電壓VDD，當VDD高于VON(典型值1.05V)時立即進入激活或休眠狀態(tài),。芯片根據(jù)POLARITY管腳上的電平高低決定(上電過程中)當VDD高于VON時芯片處于激活還是休眠狀態(tài),，此時芯片將會對BUTTON管腳電平的高低變化進行響應，并在激活和休眠狀態(tài)之間進行切換,。
SX8121根據(jù)供電電壓的高低自動切換工作模式,，有效防止了電池電量不足時過度放電和泄露，延長了電池和馬達的使用壽命,。
典型應用——單節(jié)電池供電的電推剪設計
由圖1可知,，當VDD高于0.95V時，SX8121就會對BUTTON管腳上的電平變換作出響應——MOTOR管腳(根據(jù)POLORITY的高低)輸出對應的高低電平,，這一特性非常適合于用于馬達的開關控制,。為了驗證SX8121驅(qū)動馬達的能力，特別設計了所需較大力矩的電推剪作為參考,，得益于SX8121的低電壓工作特性,，該電推剪僅需1節(jié)1.5V的干電池或鎳氫電池即可正常工作。
單節(jié)電池非充電式電推剪設計
對于非充電路的設計,，只需將NIMH管腳處于懸空的狀態(tài),，通過BUTTON來控制MOTOR管腳的輸出，從而控制馬達旋轉(zhuǎn)或關閉,。
圖2為該非充電式電推剪原理圖,。SX8121所需的外圍元器件非常少，設計非常簡單,。圖3為PCB和電推剪實物,，由于SX8121本身尺寸很小(SOIC-8封裝),，且外圍器件較少,，所以PCB尺寸很小（包含開關僅2.6cm×1.6cm）,。該SX8121控制板連接電池和馬達,，并通過開關來控制馬達的啟動或關閉。
圖2 單節(jié)干電池驅(qū)動的電推剪原理圖
圖3 PCB及電推剪實物
圖4是將開關至于ON的位置,，插拔電池時電池電壓和輸出電流以及SX8121的MOTOR管腳電壓的變化,。插入電池正常啟動后，MOTOR管腳輸出高電平,，通過三極管輸出大約1.1A的電流,，而啟動瞬間的峰值則超過2A，如圖5所示,。
圖4 放入和取出電池時電壓和電流變化
圖5 啟動前后的電流變化
充電式電推剪設計
當電池電壓低于1.41V時,，NIMH管腳輸出高電平,，反之則輸出低電平。利用這個特性可以對鎳氫電池進行充電控制,。圖6為可充電式電推剪原理圖,，充電回路僅需2個LED(紅色和綠色各一個，作為充電指示燈)和4個電阻（R1~R4）,。正常工作時,，VDD_5V與外部5V直流電斷開，此時的工作模式與非充電式電推剪完全一樣,。當需要對電池充電時,，將VDD_5V接上外部的5V直流電(可通過USB adaptor接到電腦的USB接口)，此時紅色LED(D2)亮,，綠色LED(D1)熄滅,。大約100mA電流通過NIMH到VDD對鎳氫電池進行充電。當電池電壓達到1.41V時NIMH管腳變成低電平(約500mV),，紅燈熄滅,，綠燈點亮，充電完成,。
SX8121簡介
SX8121是只需1V供電的馬達和LED控制器,，它可以通過一個按鍵的操作進入激活,、返回休眠狀態(tài)或者定時(10分鐘或者永不超時，通過第1腳上的電平高低選擇),，超時后自動重啟,。當SX8121處于激活狀態(tài)時，它將設置MOTOR控制管腳至高電平或者低電平（由POLARITY管腳控制)來控制馬達的開關,，同時在LED控制腳上輸出43KHz的脈沖用以控制LED,。
當外部供電電壓高于0.6V時，SX8121開始控制其I/O管腳的狀態(tài),。當外部直流電源的電壓VDD高于鎳氫電池的滿充電壓時(典型值1.41V),，有一個輸出管腳(NIMH)變成低電平，反之則為高電平,，它可以用于充電控制,。在不同的電壓下，芯片工作于不同模式,，如圖1所示,。
圖1 不同電壓下SX8121的工作模式
當電池的電壓高于0.6V~0.7V時，SX8121進入安全模式,，此種模式下所有管腳處于高阻狀態(tài),，這保證了電池接入時芯片的安全啟動。當電池電壓低于0.9V時處于低電壓模式,，芯片將不會對接在BUTTON管腳上的按鍵操作出任何響應,。MOTOR管腳和LED管腳均處于關閉狀態(tài),，芯片每秒鐘檢測一次電池電壓VDD，當VDD高于VON(典型值1.05V)時立即進入激活或休眠狀態(tài),。芯片根據(jù)POLARITY管腳上的電平高低決定(上電過程中)當VDD高于VON時芯片處于激活還是休眠狀態(tài),，此時芯片將會對BUTTON管腳電平的高低變化進行響應，并在激活和休眠狀態(tài)之間進行切換,。
SX8121根據(jù)供電電壓的高低自動切換工作模式,，有效防止了電池電量不足時過度放電和泄露，延長了電池和馬達的使用壽命,。
典型應用——單節(jié)電池供電的電推剪設計
由圖1可知,，當VDD高于0.95V時，SX8121就會對BUTTON管腳上的電平變換作出響應——MOTOR管腳(根據(jù)POLORITY的高低)輸出對應的高低電平,，這一特性非常適合于用于馬達的開關控制,。為了驗證SX8121驅(qū)動馬達的能力，特別設計了所需較大力矩的電推剪作為參考,，得益于SX8121的低電壓工作特性,，該電推剪僅需1節(jié)1.5V的干電池或鎳氫電池即可正常工作。
單節(jié)電池非充電式電推剪設計
對于非充電路的設計,，只需將NIMH管腳處于懸空的狀態(tài),，通過BUTTON來控制MOTOR管腳的輸出，從而控制馬達旋轉(zhuǎn)或關閉,。
圖2為該非充電式電推剪原理圖,。SX8121所需的外圍元器件非常少，設計非常簡單,。圖3為PCB和電推剪實物,，由于SX8121本身尺寸很小(SOIC-8封裝),，且外圍器件較少,，所以PCB尺寸很小（包含開關僅2.6cm×1.6cm）,。該SX8121控制板連接電池和馬達,，并通過開關來控制馬達的啟動或關閉。
圖2 單節(jié)干電池驅(qū)動的電推剪原理圖
圖3 PCB及電推剪實物
圖4是將開關至于ON的位置,，插拔電池時電池電壓和輸出電流以及SX8121的MOTOR管腳電壓的變化,。插入電池正常啟動后，MOTOR管腳輸出高電平,，通過三極管輸出大約1.1A的電流,，而啟動瞬間的峰值則超過2A，如圖5所示,。
圖4 放入和取出電池時電壓和電流變化
圖5 啟動前后的電流變化
充電式電推剪設計
當電池電壓低于1.41V時,，NIMH管腳輸出高電平,，反之則輸出低電平。利用這個特性可以對鎳氫電池進行充電控制,。圖6為可充電式電推剪原理圖,，充電回路僅需2個LED(紅色和綠色各一個，作為充電指示燈)和4個電阻（R1~R4）,。正常工作時,，VDD_5V與外部5V直流電斷開，此時的工作模式與非充電式電推剪完全一樣,。當需要對電池充電時,，將VDD_5V接上外部的5V直流電(可通過USB adaptor接到電腦的USB接口)，此時紅色LED(D2)亮,，綠色LED(D1)熄滅,。大約100mA電流通過NIMH到VDD對鎳氫電池進行充電。當電池電壓達到1.41V時NIMH管腳變成低電平(約500mV),，紅燈熄滅,，綠燈點亮，充電完成,。
圖6 充電式電推剪原理圖
考慮到1200mAh的典型容量,，單節(jié)滿充的鎳氫電池大約可以維持電推剪連續(xù)運行40分鐘左右。電池滿充約需12小時左右,。
圖7為充電式電推剪SX8121控制板的PCB,，因為充電回路簡單，外圍器件較少,，其尺寸非常小,。
圖7 充電式電推剪PCB
測試表明，單節(jié)鎳氫電池驅(qū)動的剃須刀在穩(wěn)定運行時耗電流也在1.1A左右,，
所需的力矩與電推剪相當,。
結論
與傳統(tǒng)的兩節(jié)電池驅(qū)動的方案相比，SX8121僅需1節(jié)電池即可控制馬達的驅(qū)動,，控制電路不需要MCU,。SX8121自帶的電池電壓檢測功能非常適合于充電回路的設計，且有效防止了電池過度放電和泄露,。
SX8121不僅可以定時,，還可以對鎳氫電池進行充電。其輸出電流和力矩足夠驅(qū)動剃須刀,、電推剪,、電動牙刷等日常小型電器。除了作為馬達驅(qū)動器,，還可作為LED驅(qū)動應用在LED手電筒等日常照明設備上,。作為一鍵控制的馬達驅(qū)動芯片,，SX8121設計十分簡單，BOM成本很低,，非常適合于小型電動設備和家電的設計和應用,。
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