中心論題：

• 振動馬達有著廣泛的應(yīng)用，多數(shù)分為直流有刷或無刷電機，有扁平和圓柱兩種基本的結(jié)構(gòu)
• 介紹無刷直流扁平振動馬達的基本構(gòu)造
• A1442 BLDC馬達驅(qū)動電路集成了主動制動、睡眠模式、防空轉(zhuǎn)，反向電池保護等功能，是驅(qū)動馬達唯一必須的的IC

解決方案：

• 利用數(shù)字換向與線性軟開關(guān)避免電火花，從而避免寬帶射頻干擾(RFI)干擾
• 利用旁路電容降低在開關(guān)電源的電感負載時產(chǎn)生的瞬時電壓峰值
• 利用A1442 BLDC馬達驅(qū)動電路實現(xiàn)主動制動、睡眠模式、防空轉(zhuǎn)，反向電池保護等功能

振動馬達用于各種應(yīng)用中，包括手機、游戲操縱桿、手持游戲機、尋呼機、牙刷及剔須刀等。最令人感興趣的是手機市場，該市場的全球手機出貨量在2007年已經(jīng)超過10億部。手機市場推動著微型振動馬達設(shè)計與制造技術(shù)方面的創(chuàng)新。較小的手機要求馬達占用較少的PCB面積，并需要馬達采用較薄的設(shè)計。手機中還采用了進行來電顯示振鈴及游戲應(yīng)用的馬達。

多數(shù)振動馬達由一個較小的電動馬達驅(qū)動一個偏心配重，如圖1所示。馬達分為直流有刷或無刷電機，有兩種基本的結(jié)構(gòu)：硬幣狀(扁平)與圓柱形(條狀)。

柱型馬達是采用傳統(tǒng)軸向設(shè)計的簡單有刷電機，如圖2所示。用于多種應(yīng)用中，但由于體積較大，不適合在手機中應(yīng)用。柱型馬達在手機中需要較大的空間，直徑是所有振動馬達中最大的。

在電刷切換馬達線圈的電流時，所有的有刷電機在換向點會產(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技術(shù)用于扁平振動馬達中，如圖3所示。與電刷接觸的換向點對轉(zhuǎn)子中的電動線圈進行激勵。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，換向點以交變的極性對排列，當轉(zhuǎn)子運動時，線圈在通過換向點時不斷地改變極性。馬達如此以與所施加電壓成正比例的速度持續(xù)地旋轉(zhuǎn)。扁平振動馬達中更復(fù)雜的電刷一般比柱形馬達電刷的可靠性差一些。


無刷振動電機
如前所述，無刷電機具有較長的壽命，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。圖4介紹了這種馬達的基本構(gòu)造。

在這種設(shè)計中，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)，在定子中連接到控制IC。

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?shù)膿Q向點。圖4中馬達的第三條線是可選的，它連接到A1442的啟用針腳（enable pin），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)動馬達唯一必須的的IC。圖5所示的功能模塊圖說明了設(shè)備運行和先進的特性。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PCB元件數(shù)量。唯一所需的外部元件是一種標準電路特性——位于應(yīng)用馬達安裝PCB上的0.1µF的旁路電容，它用于降低在開關(guān)電源的電感負載時產(chǎn)生的瞬時電壓峰值。


軟開關(guān)與換向
當設(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)馬達線圈負載所產(chǎn)生的音頻噪音及EMI。圖6中的時序圖說明了開關(guān)活動的過程。


主動制動、睡眠模式、防空轉(zhuǎn)
A1442 BLDC馬達驅(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)。當手機處于睡眠模式時，快速停止或啟動循環(huán)在手機振鈴、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)馬達的力，這樣可迅速地降低其速度。制動后，馬達驅(qū)動電路關(guān)閉活動電路IC，而進入睡眠模式。

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)閉或開啟馬達的電源。這樣，電機就可永久地連接到電池上。

如果電機停止，驅(qū)動電路會發(fā)起一個防空轉(zhuǎn)算法。當電機出現(xiàn)停止時，輸出會不斷地開啟與關(guān)閉來重啟馬達。開關(guān)循環(huán)生成力矩循環(huán)來抖動電機以增加啟動的機會。它還預(yù)防能損壞馬達線圈的連續(xù)停止電流。

A1442中集成了反向電池保護功能，以防止馬達線錯誤地反焊到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，馬達驅(qū)動電路的熱關(guān)閉保護功能會在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大的功能。

隨著超薄設(shè)計的出現(xiàn)，振動馬達的厚度成為一個重要的賣點。現(xiàn)在馬達厚度接近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。