采用HT66FM5340外掛充電IC的筋膜槍設(shè)計(jì)

筋膜槍（Massage Gun）也稱深層肌筋沖擊儀（Massage fascial Gun），是一種通過(guò)高頻率沖擊放松身體軟組織的按摩工具。筋膜槍一般由主控、馬達(dá)、鋰電池包三部分構(gòu)成，本質(zhì)上屬于家用電動(dòng)按摩器。本方案采用HT66FM5340外掛充電IC，實(shí)現(xiàn)主控、馬達(dá)控制、充電控制功能三合一，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)組裝，降低了BOM成本，可用于運(yùn)動(dòng)健身、個(gè)人護(hù)理等。

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產(chǎn)品實(shí)物及主控界面

方案特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)上，筋膜槍內(nèi)部的BLDC馬達(dá)和按摩頭之間通過(guò)傳動(dòng)軸連接，馬達(dá)高速轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)按摩頭形成高頻震動(dòng)，能夠作用到人體肌肉深層，達(dá)到減少局部組織張力、緩解疼痛、促進(jìn)血液循環(huán)等作用。

?系統(tǒng)方塊圖

通常，筋膜槍采用兩顆MCU，主控板和馬達(dá)模塊的兩片板結(jié)構(gòu)，適配器充電，方波有Hall馬達(dá)控制。有別于常規(guī)設(shè)計(jì)，Holtek 3S鋰電小筋膜槍方案采用高集成馬達(dá)控制專用HT66FM5340 MCU，整合主控、馬達(dá)控制MCU，外掛充電IC，實(shí)現(xiàn)了馬達(dá)控制、主控、充電控制功能三合一。

本電路主控芯片HT66FM5340 MCU內(nèi)建15V Gate-Driver (適用于3S鋰電池)、5V LDO(給MCU等供電)、OCP(過(guò)流保護(hù)電路)、OPA(放大器電路)和3個(gè)CMP (比較器，用于方波無(wú)Hall控制)，外圍電路簡(jiǎn)單。電路通過(guò)USB-Type C接口接入5V電源給3S鋰電池充電，可通過(guò)按下按鍵、Type C 5V充電插入、軟件控制三種方式，連接鋰電池電源到MCU，可實(shí)現(xiàn)停機(jī)時(shí)零耗電，以及充電檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵控制、LED顯示等功能。

CN3303是電池管理IC，當(dāng)接通輸入電源后，CN3303進(jìn)入充電狀態(tài)，控制片外N溝道MOSFET導(dǎo)通，電感電流上升，當(dāng)上升到外部電流檢測(cè)電阻設(shè)置的上限時(shí)，片外N溝道MOSFET截止，電感電流下降，電感中的能量轉(zhuǎn)移到電池中。當(dāng)電感電流下降到外部電流檢測(cè)電阻設(shè)置的下限時(shí)，片外N溝道MOSFET再次導(dǎo)通，如此循環(huán)。當(dāng)BAT管腳電壓第一次達(dá)到內(nèi)部設(shè)置的12.6V(典型值)時(shí)，CN3303進(jìn)入準(zhǔn) 恒壓充電模式，以較小電流對(duì)電池充電。只有當(dāng)BAT管腳電壓第二次達(dá)到12.6V時(shí)，充電過(guò)程才結(jié)束，片外N溝道MOSFET保持截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)BAT管腳電壓下降到再充電閾值時(shí)，CN3303再次進(jìn)入充電狀態(tài)。當(dāng)電池電壓低于輸入電壓或電池短路時(shí)，CN3303在片外N溝道MOSFET和P溝道MOSFET的共同作用下，用較小電流繼續(xù)對(duì)電池充電，對(duì)電池起到保護(hù)作用。

控制方式上，本方案采用方波無(wú)Hall算法，可以節(jié)省3個(gè)Hall元件的成本，也無(wú)需考慮Hall元件擺放位置的要求，可以降低布線難度。HT66FM5340主控MCU內(nèi)部提供4K Word size程序儲(chǔ)存空間，有19個(gè)雙向I/O以及多個(gè)定時(shí)器模塊供用戶使用；另外內(nèi)建LDO將鋰電池電源降為5V供MCU使用，內(nèi)建Gate-Driver、CMP×3可用于馬達(dá)Sensorless控制，在馬達(dá)保護(hù)方面，內(nèi)建OCP和OPA電路可用于硬件過(guò)電流保護(hù)，8通道12-bit ADC可用于過(guò)壓、欠壓、限流等保護(hù)，CAPTM捕捉定時(shí)器用于馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)。

三合一控制板電路圖

功能上，本方案主控功能包括按鍵控制和LED顯示兩部分，由一個(gè)按鍵進(jìn)行產(chǎn)品運(yùn)行控制，6個(gè)LED做顯示功能；馬達(dá)控制為方波Sensorless控制算法搭配7對(duì)極馬達(dá)，閉環(huán)調(diào)速；鋰電池充電通過(guò)外掛充電IC進(jìn)行。方案主要性能包括：

- 工作電壓：3S鋰電池(9V~12.6V)；

- 工作電流：額定工作電流2A，工作電流會(huì)因負(fù)載變化而變化；

- 4檔調(diào)速：2000RPM / 2500RPM / 3000RPM / 3200RPM；

- 充電：USB Type-C 5V異步升壓充電；

- 保護(hù)功能：過(guò)壓(13.2V)/欠壓(9V)/過(guò)電流(19.6A)/限電流(4A)/堵轉(zhuǎn)重啟/連續(xù)堵轉(zhuǎn)保護(hù)(3秒)；

- 馬達(dá)控制：方波無(wú)Hall控制，閉環(huán)調(diào)速。

芯齊齊BOM分析

本方案由主控、馬達(dá)控制、電池充電三部分組成，通過(guò)“HT66FM5340 + 充電IC”，HT66FM5340做馬達(dá)控制和主控，外圍電路精簡(jiǎn)，可以省掉主控MCU，降低了BOM及生產(chǎn)組裝成本。

三合一鋰電小筋膜槍方案BOM表

其中，HT66FM5340是一顆高集成BLDC控制專用MCU，不需要外掛三極管驅(qū)動(dòng)；內(nèi)建5V LDO，可以將6V~15V的輸入電壓降低到穩(wěn)定的5V電壓，供MCU及外圍電路使用。由于內(nèi)建OCP過(guò)流保護(hù)電路和OPA放大器電路，可以檢測(cè)馬達(dá)母線電流，在電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)，硬件關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)馬達(dá)。

雙面PCB布線圖

CN3303采用8管腳的SOP8封裝，最高工作頻率可達(dá)1MHz，工作溫度范圍從－40℃到＋85℃。CN3303是2.7-6.5V的PFM升壓型三節(jié)電池充電IC，采用恒流和準(zhǔn)恒壓模式(Quasi-CV))對(duì)電池進(jìn)行充電管理，內(nèi)部集成有基準(zhǔn)電壓源，電感電流檢測(cè)單元，電池電壓檢測(cè)電路和片外場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)電路等，具有外部元件少，電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

控制板采用單板雙面PCB布線，驅(qū)動(dòng)電路大電流回路鋪銅要盡量大，也就是接到MOS的電源、U/V/W三相以及采樣電阻到地部分。?

審核編輯：湯梓紅