Este artigo descreve como criar um carrinho de brinquedo recarregável com push-to-start/hold-to-stop (Figura 1) usando HVPAK
SLG47105. O projeto a seguir fornece tensão constante no motor, independentemente da carga da bateria e da capacidade Push-to-Start/Hold-to-Stop. Graças à funcionalidade Hold-to-Stop, o carro desliga automaticamente quando fica preso. Assim, se a criança direcionar para algum lugar e esquecer do brinquedo, o carro desligará e não consumirá mais energia, economizando bateria. O controle do carregador de bateria CC-CV também está implementado.
Apenas um SLG47105 e alguns componentes extras permitem a criação de um dispositivo completo com controle de carga, acionamento do motor, proteção contra sobrecorrente e outros recursos de interface.
Figura 1: Um protótipo de um carrinho de brinquedo
Princípio de funcionamento
O esquema completo do circuito é apresentado em Figura 2.
Figura 2: Esquema completo do circuito
O motor DC escovado é usado para este projeto. Se o carro for empurrado, o SLG47105 detecta e o carro começa a andar. Se for mantido pressionado, o sistema será desligado. O dispositivo é alimentado por uma bateria de íons de lítio de 3,7 V. Quando o carregador USB é conectado, o SLG47105 detecta o nível de tensão e o estágio apropriado de carregamento CC-CV começa. O motor está bloqueado durante o carregamento.
Existem também três LEDs para notificar sobre o processo.
LED1 (VERMELHO) está CARREGADO. Piscando representa o processo de carregamento. O LED acende quando a carga é concluída. O LED fica apagado quando nenhum USB está conectado.
LED2 (AZUL) é ESTADO. Se vocêBASTÃO < 3 V – piscando. Se vocêBASTÃO > 3 V – o LED fica aceso se o carro anda e o LED fica apagado quando o carro não se move.
LED3 (AZUL e VERMELHO) piscando significa movimento do carro.
O design de PCB proposto é mostrado em Figura 3.
Figura 3: PCB do carro de demonstração HVPAK
O GreenPAK Design consiste em duas partes: Controle do Motor do Carro e Carregador USB. O arquivo de design pode ser baixado aqui Carro de brinquedo recarregável com funcionalidade Push-to-Start/Hold-to-Stop.hvp. Ele foi criado em Go Configure
Software Hub Renésias.
A parte de controle do motor é mostrada em Figura 4.
Figura 4: Projeto GreenPAK do motor do carro
O bloco PWM0 fornece um sinal de ~50 kHz com um PWM dependendo da tensão de carga do motor. O HV_GPO0_HD e HV_GPO1_HD do Amplificador Diferencial com Integrador e Comparador são conectados ao Diff+ e Diff- do HV OUT CTRL0 (primeira Full Bridge). Esta macrocélula é útil quando há necessidade de manter a tensão constante na carga Full Bridge. O nível de tensão CC integrado é aplicado à entrada negativa do comparador. As saídas do comparador são usadas para controlar o ciclo de trabalho PWM. Neste caso, um sistema de malha fechada controla o ciclo de trabalho PWM para garantir o nível médio constante de tensão de saída.
O ACMP1H é conectado ao terminal M do motor e verifica se o carro foi empurrado. Quando o eixo do motor DC gira na bobina de acordo com a lei de indução eletromagnética, uma força eletromotriz (EMF) é induzida. Este sinal é detectado pelo ACMP1H. Sua saída vai para DFF13 que então habilita o bloco PWM0. LUT1 de 4 bits fornece um sinal de habilitação para LED3 quando o carro está LIGADO. Para evitar a descarga da bateria, o ACMP1H é conectado ao Wake Sleep Controller de 50 ms.
Quando o eixo do motor DC é mantido parado, a corrente aumenta. O CCMP1 está conectado ao resistor Sense A (PIN5) e monitora a corrente. Sua saída vai para MF1 que detecta ultrapassagem do limite desta corrente. Se durar mais de 500 ms (CNT1/DLY1), o sinal HIGH do LUT0 de 4 bits reinicializa o DFF13 e o sistema é desligado. O HV OUT CTRL0 é desligado com um atraso de 300 ms para dar ao motor algum tempo para parar e evitar a reinicialização do sistema. Além disso, o sinal de detecção VUSB está conectado ao LUT0 de 4 bits, portanto, se estiver ALTO (o USB está conectado), o sistema também será desligado.
MF3 e PGEN fornecem funções de controle e seleção para LED1 e LED2 descritas na Seção 1. A parte do Carregador USB é apresentada em Figura 5.
Figura 5: Design do carregador USB GreenPAK
Se o Vusb estiver conectado, o PIN3 o detecta e liga o ACMP0H. O ACMP0H verifica a tensão Vbat. A saída do DFF6 é HIGH, portanto nenhum divisor de tensão está conectado ao PIN19 (Fonte IN+ com ganho x8 do ACMP0H). Se Vbat for inferior a 3 V, o Pré-carregamento fase começa. PWM1 define a corrente e CCMP1 a controla. Neste caso, a entrada Up/Down da macrocélula PWM1 é LOW, o que significa que começamos a carregar a partir de Vref = 160 mV para CCMP1 Vref (Figura 6). Como resultado, o CCMP1 mantém a corrente de 67 mA:
Assim que a saída ACMP0H estiver em ALTO (o Vbat é superior a 3,0 V), a saída DFF6 vai para BAIXO e o divisor de tensão é conectado ao PIN19. O Corrente constante fase começa. Neste caso, o ACMP0H faz uma comparação para 4,2 V (e não 3,0 V como em 1st caso). A entrada Up/Down do PWM1 é HIGH, então o CCMP1 Vref é 960 mV. A corrente resultante é de ~ 400 mA. Observe que esses limites de corrente podem ser alterados alterando o valor Vref no Reg File ou alterando o resistor conectado ao PIN 12 (Sense B).
Esta fase CC continua até que a tensão da bateria atinja 4,2 V (a saída ACMP0H é HIGH). Então a Corrente Constante para e o Voltagem constante fase começa. A entrada Up/Down do PWM1 é LOW, então o CCMP1 Vref é 160 mV. Neste caso, o ACMP0H controla a tensão constante de 4,2 V, e o CCMP1 apenas verifica e mantém a corrente decrescente e inferior ao Inamorado de 67 mA até que a bateria esteja totalmente carregada. Quando a bateria está totalmente carregada, o processo de carregamento é interrompido e todos os blocos correspondentes ficam no modo Sleep (CHG_Sleep é HIGH).
Figura 6: Dados do arquivo reg CCMP1 Vref
Teste de dispositivo
Por favor, veja também o vídeo do carro de brinquedo recarregável em funcionamento com funcionalidade Push-to-Start / Hold-to-Stop.
A seguir Figuras 7-12 mostrar o sinal no terminal do motor dependendo do VDD (Vbat).
Figura 7: VDD = 3,0 V, ciclo de trabalho 43%
Figura 8: VDD = 3,4 V, ciclo de trabalho 40%
Figura 9: VDD = 3,4 V, ciclo de trabalho 40%
Figura 10: VDD = 3,7 V, ciclo de trabalho 35%
Figura 11: VDD = 4,2 V, ciclo de trabalho 31%
Figura 12: Pico no PIN20 (terminal M) durante Push-to-Start
Conclusão
Este artigo descreve como configurar o HVPAK para criar um carrinho de brinquedo recarregável com funcionalidade push-to-start/hold-to-stop. Os resultados comprovam que o circuito funciona conforme o esperado, e o SLG47105 é capaz de atuar como módulo de controle do motor DC escovado e do carregador de bateria de íon-lítio de 3,7 V ao mesmo tempo.
Os recursos internos do GreenPAK, incluindo HV, osciladores, lógica e GPIOs, são fáceis de configurar para implementar a funcionalidade desejada para este projeto.
