标题:
电源充电端口保护 - 智能扫地机器人的保护解决方案（下）
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作者:
forsuccess
时间:
2013-12-31 23:38
标题:
电源充电端口保护 - 智能扫地机器人的保护解决方案（下）
下面以某智能扫地机器人的行走轮为例来分析马达的堵转保护问题。 设计时要求如下：行走轮马达的最大工作电流为 0.3A，扫地机器人的 PCB 周围环境最低温度为 10C，最高温度为 50C，充电电池的最高电压为 22.5V，客户需要表面贴装的保护元件来保护马达，马达的保护时间要在 10S 以内。
首先可以考虑 TE connectivity 公司的 miniSMDC050F PolySwitch 元件，参考该公司的产品说明书，它可以承受的最大电压为 24V，它在 50C 温度下能 hold 的电流为 0.43A，完全可以满足 50C 最高温度下 0.3A 电流承受的要求。
然后在 10C 环境温度下测试马达在堵转情况下的保护时间，看能否满足 10S 的要求。选取电阻为 Rmin 的 miniSMDC050 元件，图 4 为行走轮马达的堵转保护实测波形，从图中可以看出，它的堵转保护时间为 3.0S，远远小于客户要求的 10S 要求，所以 miniSMDC050F能完全满足智能扫地机器人行走轮马达的保护。
图4 行走轮马达的堵转保护实测波形
同理也可以选取出各自的表面贴装 PolySwitch 元件来保护主地刷马达和边刷马达。但是对于吸尘马达，由于它的工作电流较大，最大为 2.9A，而且 PolySwitch 元件的最大电压要超过 22.5V，这样从 Surface-mount 封装的 PolySwitch 里不能选出合适的产品来满足在 50C 温度下能维持 2.9A 电流。这样可以从 TE connectivity 公司的 Radial-leaded 系列里挑选合适的PolySwitch。可以首先选取 RUEF400，它在 50C 环境温度下 hold 电流能力为 3.08A，它的最高电压为 30V，然后就挑选 Rmin 的 RUEF400 测试在 10C 温度下的堵转保护时间。图5为吸尘马达的堵转保护实测波形，从图中可以看出，它的堵转保护时间为 6.0S，小于客户要求的 10S 要求，所以 RUEF400 能完全满足智能扫地机器人吸尘马达的堵转保护。
图5 吸尘马达的堵转保护实测波形
五、智能扫地机器人电源充电端口保护和充电电池保护
智能扫地机器人可以在家中没人的情况下，按照最优化的清洁路径自行进行全面的清扫，当它没有电的时候，还可以自动回到充电桩去充电。可见智能扫地机器人的自动充电功能非常实用。由于充电端口是裸露在外部，要防止一切的外部短路等故障，就需要 TE connectivity公司的 PolySwitch 自恢复元件来实现充电端口的保护，一旦 PolySwitch 元件检测到有外部短路等故障，它就可以切断电源，等到外部故障排除，PolySwitch 又可以恢复到原有的阻值来帮助系统重新正常工作。图 6 是智能扫地机器人充电端口的电路原理示意图，由于PolySwitch 是放置在交流变压器的后端，故不必采用 TE connectivity 公司 LVR 系列自恢复元件，只需要用 Radial-leaded 系列自恢复元件。根据智能扫地机器人的实际工作电流和环境温度的考量，最后选择 RUEF400 可以满足要求。
图6 智能扫地机器人充电端口电路示意图
智能扫地机器人都是采用机载可充电电池作为直流电源，如镍氢电池、锂离子电池和聚合物电池等，这些电池都需要保护，TE connectivity 公司 PolySwitch 元件可以实现电池的二次保护。这些保护包括过电流保护功能和过充电保护功能等，过电流保护功能指大电流异常充放电情况下 PolySwitch 元件产生保护动作，达到电池安全防护功能。过充电保护功能指通过合适的 PolySwitch 元件安装在电池组内感触电芯温度，以实现电池过充电保护功能。
六、结束语
伴随着智能扫地机器人的普及，安全可靠性是设计工程师不能回避的课题，本文针对智能扫地机器人中出现的马达堵转保护，电源充电端口保护以及充电电池的保护问题，TEconnectivity 公司有范围广泛的创新保护器件，提出了一整套完整的应用解决方案。经过试验验证，TE connectivity 公司的 PolySwitch 自恢复元件，能完全解决智能扫地机器人中的马达堵转保护，电源充电端口保护以及充电电池的保护问题。
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