BLDC風扇電機驅動方案設計

與一次性或N95口罩相比，佩戴電動口罩（也稱為E口罩或數(shù)字口罩）可提高舒適度。電動口罩類似新風系統(tǒng)：內部有一個風扇吸入外界空氣，而外界空氣會經(jīng)過過濾芯過濾后進入內部，用來解決長時間佩戴口罩的憋悶問題。同時，循環(huán)換氣功能也能讓即使戴眼鏡也佩口罩時鏡片起霧問題得到改善。

表1不同形式的口罩

表1：一次性口罩、N95口罩和電動口罩對比

TI針對電動口罩市場，提供了一整套完整的解決方案。常見電動口罩的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1：電動口罩系統(tǒng)框圖

鋰離子電池充電解決方案

電動口罩通常采用充電的單串小型鋰離子（Li-ion）電池供電，通過USB接口對電池進行充電。針對此類系統(tǒng)配置，TI提供了高精度專用充電管理芯片BQ24040，典型應用框圖如圖2所示。

圖2：BQ24040的典型應用框圖

BQ24040是一款高度集成的、專為小空間可攜帶產(chǎn)品而設計的高精度大電流充電管理芯片。高達30V的輸入電壓范圍使得電池不但可通過USB進行充電，還可以通過各種低成本的適配器對其安全充電而不會損壞。優(yōu)異的性能使其廣泛應用在智能手表、手環(huán)、藍牙耳機、電動口罩等產(chǎn)品中。

BQ24040提供：

• 最大1A充電電流可滿足用戶快速進行充電。

• 低至10 mA的精確充電電流控制。

• 全溫度范圍內高達1％的充電電壓精度可顯著延長電池壽命。

• 集成電池溫度監(jiān)測功能。

• 全面安全防護性能。

• 封裝小至2 mm*2 mm。

如果需要I2C-可編程鋰離子充電器，考慮使用如圖3所示的BQ21061。

圖3：BQ21061框圖

BQ21061是一款高度可編程的電池管理設備。其集成了用于單節(jié)鋰離子電池的500 mA線性充電器——一種可配置為負載開關和按鈕的通用低壓降穩(wěn)壓器（LDO）控制器。通過I2C接口，主機可更改諸如電池調節(jié)電壓和充電電流等充電參數(shù)，并獲取詳細的器件狀態(tài)和故障信息。通過按鈕控制器，無需主機干預即可重置系統(tǒng)，如電池調節(jié)電壓和充電電流，并將器件從出廠模式激活。BQ21061的10-nA運送模式可延長電池壽命并支持立即使用電池。

電池保護方案

鋰離子電池的不當使用會產(chǎn)生爆炸等安全風險，鋰離子電池的保護對產(chǎn)品的安全性能有著至關重要的作用。針對單串低電壓鋰離子電池，TI推出了BQ2970低成本專用保護芯片。其提供提供針對鋰離子/鋰聚合物電池的保護功能，并且監(jiān)控外部功率MOSFET，以便在高充放電電流時提供保護，包括過充保護、過放保護、充放電過流保護、短路檢測。在正常模式運行中消耗的電流只有4μA，減少了電池的電量消耗。尺寸只有1.5mm*1.5mm*0.75mm，有利于減小電池包的體積。BQ2970的典型應用框圖如圖4所示。

圖4：BQ2970參考原理圖

BLDC風扇電機驅動

電動口罩的良好透氣性源于其內部的循環(huán)風扇。一款高效靜音的直流無刷風扇電機驅動將直接影響產(chǎn)品的用戶體驗。如圖5所示的DRV10964是一款內部集成功率MOSFET的三相無傳感器電機驅動器。它是專為高效率、低噪音和外圍器件少的電機驅動應用而設計的。專有無傳感器180度正弦控制方案提供超靜音的電機驅動性能。

為確保安全運行，包含智能鎖檢測功能，結合其他內部保護電路。DRV10964采用采用熱效率高的10針USON封裝，帶有外露的熱墊。

圖5：DRV10964參考原理圖

DRV10964提供：

• 無霍爾傳感器的180度三相正弦波驅動，最大支持500mA持續(xù)工作電流。

• 全面的保護功能：堵轉、過流、過壓、欠壓、過熱等。

• 超低靜態(tài)電流，低至15 μA。

• 封裝小至3 mm *3 mm。

MCU主控方案

MSP430FR211x系列是TI針對超低功耗、低成本的MSP430?微控制器（MCU）推出的具有強大功能的16位RISC CPU，提供2KB~3.75KB的FRAM和1KB的SRAM。FRAM技術將低能耗的快速寫入、RAM的靈活性和耐用性與Flash的非易失性性能結合，使系統(tǒng)工程師能夠在降低功耗的同時提高性能。

這些器件集成了集成了6位DAC和8通道10位ADC、一個16位定時器、一個16位RTC計數(shù)器、一個支持UART/IrDA/SPI的增強型串行通信接口，具有12個GPIO口。封裝選項包括TSSOP16和QFN24(3*3mm)，使之極適合應用于便攜式設備。

圖6：MSP430FR211x的內部資源

電源軌方案

系統(tǒng)可能需要用于MCU或電機的不同電源軌給MCU供電，LDO可將電池電源轉換為3.3 V。TPS7A03和TPS7A02為其提供了高性能，靜態(tài)電流分別低至200 nA和25 nA。

如果電機需要5 V或更高的電壓才能運行，則可能需要升壓轉換器為電機供電。TPS61023是一款具有0.5V超低輸入電壓的同步升壓轉換器。本器件為便攜式設備和由各類電池和超級電容器供電的智能設備提供了電源解決方案。單節(jié)鋰離子電池可支持7.5W（5V/1.5A），效率為92％。而TPS61023的關斷電流約為100nA，這對于不經(jīng)常打開的應用很有用，并可能會延長電池運行時間。TPS61023的輸入電壓范圍為0.5 V至5.5 V，支持超級電容后備電源應用，而且可能會對超級電容進行深度放電。圖7顯示了一個典型應用。

圖7：TPS61023的典型應用框圖