【導(dǎo)讀】多功能豆?jié){機一般是由電動和電熱系統(tǒng)集成在一起的產(chǎn)品，整機程序由微電腦系統(tǒng)自動控制，形成一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)。其中馬達是一個非常重要的部件，它的使用安全問題直接影響到豆?jié){機的可靠性。
多功能豆?jié){機從結(jié)構(gòu)上分析，主要有機頭，機身，馬達，聯(lián)軸器，杯蓋，杯體，刀軸，控制電路板，液晶顯示屏等組成。豆?jié){機里有溫度傳感器，用于檢測加熱器加熱時杯體內(nèi)的水溫，當(dāng)水溫達到 MCU 設(shè)定溫度（假設(shè) 80°C 左右）時，MCU 啟動馬達開始磨制豆?jié){。一般多功能豆?jié){機的預(yù)熱、打漿、榨果汁等全自動化過程，都是通過 MCU 控制，相應(yīng)的驅(qū)動三極管，再由多個繼電器組成的繼電器組電路轉(zhuǎn)換來完成。其中馬達在多功能豆?jié){機中是一個非常重要的部件，它的使用安全問題直接影響到豆?jié){機的可靠性。
下圖1為多功能豆?jié){機馬達和加熱器的簡單電路示意圖。豆?jié){機所用馬達為 220V 直流馬達，繼電器的工作電壓為 12V，豆?jié){機利用繼電器把 MCU 發(fā)出的低壓控制信號 I/O 來控制交流高壓信號的通斷，R3 為 PPTC 可恢復(fù)電阻，T1 和 T2 為繼電器。
圖1：豆?jié){機馬達和加熱器的電路示意圖
由于在使用多功能豆?jié){機時，豆?jié){機往往在制作果汁的時候會發(fā)生堵轉(zhuǎn)，馬達的堵轉(zhuǎn)指的是杯體中的物品將馬達軸承固定不使其轉(zhuǎn)動，這時電壓還加在馬達的兩端，這時候的電流就是堵轉(zhuǎn)電流，一般的馬達都是不允許發(fā)生堵轉(zhuǎn)的，因為馬達發(fā)生堵轉(zhuǎn)之后馬達線圈的溫度會急劇上升，溫度超過線圈的最高溫度之后，時間稍長就會燒壞馬達，這即增加了消費者的不便，也增加了生產(chǎn)者的維修成本。所以在豆?jié){機中增加馬達保護裝置是必不可少的，而且是在堵轉(zhuǎn)消除后能自動恢復(fù)的保護。
用上文所述的 PPTC 設(shè)計流程可以用在多功能豆?jié){機馬達防堵保護設(shè)計中，但這是往往會碰到選擇 PPTC 型號困難的問題，也就是說多功能豆?jié){機的馬達保護設(shè)計會較普通的小家電馬達保護復(fù)雜的多，圖2為磨制豆?jié){時 PCB 板周圍環(huán)境溫度和馬達外殼溫度的實測圖，可見控制電路 PCB 板 PPTC 周圍的環(huán)境溫度最高可以到達85°C。由于豆?jié){機的PPTC 最高環(huán)境溫度 85 度會比普通的小家電最高環(huán)境溫度要求高，這樣既要在 85 度的最大工作電流下能正常工作，還要保證在最低溫度 0 度的堵轉(zhuǎn)電流情況下能及時的保護，相應(yīng)的就增大了設(shè)計難度。下面就具體的闡述此類多功能豆?jié){機馬達堵轉(zhuǎn)的保護設(shè)計方案。
圖2：磨制豆?jié){時 PCB 板子和馬達外殼的溫度
以磨制豆?jié){時的電流確定最大工作電流，根據(jù)該最大工作電流和最大環(huán)境溫度初步確定TE connectivity LVR 系列 PPTC 的相關(guān)型號。圖3為多功能豆?jié){機磨制豆?jié){時的工作電流，測得多功能豆?jié){機的直流馬達的最大電流為 800mA，由于磨制豆?jié){時馬達是間隔一定時間工作的，并不是一直連續(xù)工作的，間隔時間由豆?jié){機 MCU 計時電路控制，所以計算 PPTC 要能維持的最大工作電流指的是馬達工作整個周期的平均電流，圖中所示的800mA 的最大電流換算成在一個完整工作周期內(nèi)為 450mA。查閱 LVR100 在 85 度下的hold 電流大約是 550mA，所以首先選取 LVR100。
圖3：多功能豆?jié){機磨制豆?jié){時的工作電流
[page]圖4為多功能豆?jié){機的堵轉(zhuǎn)電流。在榨水果的堵轉(zhuǎn)情況下，實測馬達的堵轉(zhuǎn)最大電流為2A，由于榨果汁時馬達也不是一直連續(xù)工作的，也是間隔一定時間工作，間隔時間是馬達工作 6S，停 3S，這樣換算成在一個榨水果完整工作周期內(nèi)平均電流是 1.6~1.7A。在1.6~1.7A 堵轉(zhuǎn)電流下，馬達堵轉(zhuǎn)需要保護的時間要求在 150S
圖4：多功能豆?jié){機的堵轉(zhuǎn)電流
從上述數(shù)據(jù)看到豆?jié){機的堵轉(zhuǎn)電流僅僅只是正常工作時電流的 3 倍，還要考慮 85 度的最高溫度和 0 度的最低溫度的情況，磨制豆?jié){的時間較長，要在比如半小時之內(nèi)能維持馬達的正常工作，這樣造成馬達保護的設(shè)計很復(fù)雜，因為很難滿足 PPTC 動作時間快的要求，因為當(dāng)堵轉(zhuǎn)電流和正常工作時電流的比值越大， PPTC 保護的時間越快，PPTC 的選型也越容易?，F(xiàn)在在 0°C 溫度下 1.6~1.7A 的堵轉(zhuǎn)電流下，LVR100 的保護時間會非常長，遠遠不能滿足在 0°C 溫度下 150S 保護時間的要求。
那如何實現(xiàn)上述多功能豆?jié){機馬達保護的問題呢？TE connectivity 研發(fā)出一種用 LVR PPTC 和功率電阻利用熱耦合的方式連接在一起的組件來實現(xiàn)多功能豆?jié){機馬達的快速堵轉(zhuǎn)保護。本實例中采用 LVR100 和 1ohm/3W 的功率電阻熱耦合的組件，讓功率電阻和 LVR100 能很好的熱接觸，目的就是為了使功率電阻能在堵轉(zhuǎn)的時候加熱 LVR100 使其更快的保護，選取 1ohm 的功率電阻是為了減小對直流馬達的影響。
首先選取 LVR100 的 Rmin 電阻和 1ohm/3W 的功率電阻熱耦合的組件來進行 0°C 溫度下榨水果馬達堵轉(zhuǎn)保護時間。
選取兩片 Rmin 電阻 0.22ohm 的 LVR100 和功率電阻集成的組件，下面表 1 為馬達的保護時間。
表1：Rmin電阻的 LVR100 和功率電阻集成的組件在 0°C 下馬達保護時間
由上表可見保護時間都在 150S 之內(nèi)，滿足要求。
其次選取典型值電阻的 LVR100 和功率電阻集成的組件，來進行 0°C/25°C 溫度下榨水果馬達堵轉(zhuǎn)保護時間，下表 2 為馬達的保護時間。
表2：典型值電阻的 LVR100 和功率電阻集成的組件在 0°C/25°C 下馬達保護時間
可見 LVR100 的典型值組件在 0°C/25°C 溫度下馬達保護時間還會更快，完全滿足小于150S 的馬達保護要求。圖5為在 25 度下馬達堵轉(zhuǎn)保護的實測波形。
圖5：PPTC組件在多功能豆?jié){機馬達堵轉(zhuǎn)保護波形
然后選取 R1max 電阻 0.58ohm 的 LVR100 和功率電阻集成的組件來進行磨制豆?jié){的 hold 試驗，實驗結(jié)果證明組件能在一次完整的磨制豆?jié){過程中不誤動作。
由以上的試驗證明，TE的 LVR PPTC 和功率電阻集成在一起的組件既可以滿足馬達的保護時間的要求，又可以在一次完整的磨制豆?jié){的周期內(nèi)不誤動作，達到了設(shè)計和保護要求。
