电动牙刷——实现简单的1.2V电机控制设计

现代电动牙刷通常依靠可充电电池，当牙刷在使用之间放置在充电底座中时，通过感应充电进行充电。他们通常使用镍氢（NiMH）电池，其标称电压为1.2 V。低压GreenPAK™ SLG47513的工作电压范围为1 V至1.65 V，可控制牙刷的操作。

 

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 图 1：基于 SLG47513 的电动牙刷总体示意图。

电机控制

当牙刷处于睡眠模式时，由于上拉电阻，引脚8输出设置为高电平，但按下按钮时，会在短时间内出现低电平信号。为了滤除开关弹跳，使用延迟宏单元DLY4。DFF18 锁定电压电平并在每次按下按钮时翻转它，允许牙刷使用外部按钮在两种模式之间切换 - 工作模式和睡眠模式。

当牙刷切换到工作模式时，晶体管的栅极以及多路复用器 3-L2 的输出端存在恒定的高电压电平。该电压电平打开晶体管Q3并启动直流电机。

刷子有2个计时器。第一个通知用户已完成 2 分钟的刷牙会话。振荡器 OSC0、DFF19 和 DFF11 形成频率为 2.67 Hz 的时钟信号。当牙刷切换到ON模式时，2位LUT1将此时钟信号馈送到CNT0的CLK输入。两分钟后，CNT0输出端出现高电平，触发单脉冲（CNT6），形成宽度等于时钟信号三个半周期的信号脉冲。这三个脉冲通过两个多路复用器（3位LUT0和引脚9）馈送到晶体管栅极，从而馈送到电机，从而产生振动效应。

除了 2 分钟计时器外，这款牙刷还包含一个基于 CNT30 的 3 秒计时器，这表明需要继续刷口腔的下一个象限（四分之一）。30 秒后，CNT3 输出端出现高电平。2 位 LUT0 每 4 个脉冲滤除一次，滤波器宏单元可消除毛刺。CNT3输出信号触发单次（CNT1），形成宽度等于时钟信号一个半周期的信号脉冲。

为了确保每次关闭牙刷时都重新启动计时器，计数器在DFF18输出信号的上升沿复位。

数字多路复用器支持基于单脉冲输出将恒定电压、一个脉冲或三个脉冲传递到晶体管栅极。

3 位 LUT0 可防止电机在充电时运行。具体来说，只有当牙刷处于工作模式并且未放置在充电站中时，晶体管栅极上

充电

大多数现代电动牙刷使用无线感应充电。牙刷及其底座形成一个两部分变压器，底座具有变压器的初级绕组，牙刷具有次级绕组。次级绕组上的感应电压由二极管D1整流，然后由电阻分压器降低至正确检测充电器存在所需的值（见图1）。分压器包括外部电阻R7 （100 kΩ）和R5 （4.7 kΩ），以及SLG10内部的内部下拉电阻（47513 kΩ），该电阻将引脚6上的电压峰值设置为约1.2 V。

当来自充电器的信号到达用作模拟比较器的引脚6时，频率检波器的输入端会出现高电平。频率检波器在此信号上生成高电平输出，该输出进入引脚5并启用充电。引脚5输出端的高电平信号打开Q2晶体管，Q1晶体管又打开Q<>晶体管，启动电池的充电过程。

为了防止电池过度充电，使用了模拟比较器ACMP1H。电阻R8和R9将电池电压分成两半，该电压施加于引脚11的输入端。然后通过迟滞为725 mV的比较器将其与100 mV的基准电压进行比较。如果分压器的电压达到此基准电压，则电池充电停止。使用延迟宏单元 DLY2 作为滤波器。

为了防止电池过度放电，使用了模拟比较器ACMP0H。该比较器比较分压器的相同电压，但其基准电压设置为500 mV，迟滞设置为100 mV。当测得的电压小于基准电压时，比较器输出变为低电平，晶体管闭合，防止电池过度放电。

为了防止电路通过分压器消耗多余的能量，分频器仅在电池充电或牙刷打开时连接到接地总线。这些条件由2位LUT3检查，当至少满足其中一个条件时，其输出变为高电平。基于该高电平信号的多路复用器3-L0通过Pin13的集电极开路晶体管将接地总线连接到分压器。此外，ACMP0H 仅在牙刷退出睡眠模式时通电，ACMP1H 仅在连接充电器时通电。这些措施可确保睡眠模式下的功耗极低。