近年來，隨著科技的飛速發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的要求越來越高，智能家居的需求日益旺盛。這種需求推動(dòng)了人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的革命性飛躍，使得“解放雙手”的理念逐漸深入人心，成為了一種新的生活方式。據(jù)中國家電網(wǎng)權(quán)威發(fā)布的《2024年掃地機(jī)器人市場發(fā)展白皮書》揭示，中國掃地機(jī)器人市場呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長，一舉成為全球最大的掃地機(jī)器人消費(fèi)國。

上海貝嶺可提供一系列高性能模擬、數(shù)模混合集成電路和功率器件，其中直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)放、模擬開關(guān)、電平轉(zhuǎn)換、音頻功放、電源管理、X電容放電芯片、LED驅(qū)動(dòng)、MOS管等可應(yīng)用于掃地機(jī)器人。

方案介紹

圖1 掃地機(jī)器人應(yīng)用框圖

上海貝嶺已有直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)放、模擬開關(guān)、電平轉(zhuǎn)換、音頻功放、電源管理、X電容放電芯片、LED驅(qū)動(dòng)、MOS管等一系列產(chǎn)品可滿足掃地機(jī)器人應(yīng)用。

直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)

一臺(tái)掃地機(jī)器人中一般包含5～7個(gè)電機(jī)，按照功能區(qū)分一般分為1～2個(gè)行走電機(jī)、1～2個(gè)邊刷電機(jī)、1個(gè)滾刷電機(jī)、1個(gè)吸塵電機(jī)、1個(gè)激光電機(jī)。其中除吸塵電機(jī)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及效率要求較高，需選擇直流無刷電機(jī)外，其余電機(jī)多采用單個(gè)或雙個(gè)（步進(jìn)電機(jī)）直流有刷電機(jī)。上海貝嶺可提供全系列直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片（產(chǎn)品優(yōu)勢介紹如下），選型如表1所示。

高集成度、簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需要的外圍元器件；

高可靠性、集成OTP、OCP等保護(hù)功能為系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行保駕護(hù)航；

覆蓋型號廣，可根據(jù)電機(jī)的工作電壓、電流選擇性價(jià)比更高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案；

封裝種類多，可提供多款小型化封裝產(chǎn)品，節(jié)約PCB設(shè)計(jì)面積。

表1 直流有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選型表

運(yùn)放

為保證掃地機(jī)器人在運(yùn)行過程的安全、可靠，電機(jī)部分的過流采樣、堵轉(zhuǎn)等功能都需要通過運(yùn)放采集和放大信號，多采用通用或低噪聲系列運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)此功能。另外，在掃地機(jī)器人中的激光定位模塊中，對信號的采樣精確度要求較高，一般采用高精度運(yùn)算放大器。上海貝嶺可提供一系列高可靠性的運(yùn)算放大器如表2所示，其中低噪聲運(yùn)算放大器系列BL37XX具有較低的噪聲性能，噪聲參數(shù)對比如表3所示。

表2 運(yùn)算放大器選型表

表3 BL37XX噪聲參數(shù)對比表

模擬開關(guān)

在部分掃地機(jī)器中，由于需要處理的傳感器信號比較多，MCU的IO資源緊張，需要對IO口進(jìn)行復(fù)用。此類應(yīng)用一般只走信號傳輸，對模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻沒有過高要求。上海貝嶺可提供一系列工業(yè)級、高可靠性性、低功耗、高帶寬的模擬開關(guān)，選型表如表4所示。

表4 模擬開關(guān)選型表

電平轉(zhuǎn)換

在部分掃地機(jī)器人中，由于外設(shè)的I/O電壓和MCU的I/O口電壓不一樣，導(dǎo)致兩者之間無法直接通訊。一般會(huì)在外設(shè)和MCU之間增加電平轉(zhuǎn)換芯片。低功耗、高性價(jià)比的兩通道電平轉(zhuǎn)換芯片BL15102可以滿足此類應(yīng)用，參數(shù)對比參見表5。BL15102典型應(yīng)用圖如圖2所示。

表5 BL15102靜態(tài)電流測試對比表

圖2 BL15102典型應(yīng)用原理圖

音頻功放

另掃地機(jī)器人的語音模塊中，通常需要根據(jù)實(shí)際需求選用AB類或D類音頻功放來驅(qū)動(dòng)其中的揚(yáng)聲器。上海貝嶺可提供一系列針對此應(yīng)用的音頻功放，選型表如表6所示。

表6 音頻功放選型表

電源管理

掃地機(jī)器人供電電壓一般采用4節(jié)鋰電池，無法直接給模塊和MCU等供電，需要采用DC/DC、 LDO降壓后給各子模塊供電。上海貝嶺電源管理芯片選型表如表7所示。

表7 電源管理芯片選型表

X電容放電芯片

在部分掃地機(jī)器人的大功率充電座電路中，對待機(jī)功耗以及安規(guī)漏電有一定的要求，需要在X電容端增加X電容放電芯片以滿足節(jié)能（低待機(jī)功耗）、安全保護(hù)(低安規(guī)漏電）等要求。上海貝嶺推出的ME8701是一款X電容自動(dòng)放電芯片，當(dāng)230VAC輸入時(shí)，會(huì)有極低的電流流進(jìn)芯片，將功耗降至5mW以內(nèi)。當(dāng)230VAC斷電后，ME8701與串聯(lián)放電電阻相連，可自動(dòng)對X電容進(jìn)行放電。這種工作方法有助于靈活選擇安規(guī)電容，優(yōu)化EMIπ型濾波電路，降低電感成本。ME8701可滿足此類掃地機(jī)器人的應(yīng)用需求，典型應(yīng)用圖如圖3所示。

圖3 ME8701典型應(yīng)用原理圖

LED驅(qū)動(dòng)

在部分高端掃地機(jī)器人應(yīng)用中，為了給用戶提供更好的使用體驗(yàn)以及視覺感受，需要通過LED驅(qū)動(dòng)芯片控制LED的恒流精度、亮暗、顏色變化以及圖案組合等效果。上海貝嶺推出

ME7502是一款采用I2C通訊的恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片，具有32階電流統(tǒng)調(diào)功能。由16根段輸出、12根位輸出組成192個(gè)點(diǎn)陣，每一個(gè)點(diǎn)具有256階PWM占空比調(diào)整可滿足此類應(yīng)用需求，典型應(yīng)用圖如圖4所示。

圖4 ME7502典型應(yīng)用原理圖

MOS管

上海貝嶺可提供一系列應(yīng)用于掃地機(jī)器人的高可靠性的MOS管，選型表如表8所示。

表8 MOS管選型表