加快您的电掩模设计
与一次性或 N95面罩相比、佩戴电面罩可提高您的舒适度。 电动面罩与中央通风系统类似。 面罩内部有一个风扇、用于吸入外部空气、外部空气经过滤清器滤芯后进入内部。 这有助于克服长时间佩戴面罩带来的呼吸困难。 同时、循环通气功能可以改善佩戴眼镜和面具时透镜阻塞的问题。
图1比较了不同类型的掩码。
|
|
一次性医疗面罩 |
N95掩码 |
电屏蔽 |
|
优点 |
价格低廉 |
价格适中 出色的过滤 PM2.5性能 良好的保护性能 重复使用 |
出色的过滤 PM2.5性能 良好的保护性能 佩戴舒适、空气渗透性好、不潮湿、不闷。
通过更换滤网、可以重复使用滤网。 |
|
缺点 |
保护性能差 对于 PM2.5无效 一次性 普通空气渗透率 |
空气渗透性差(呼吸阀稍好) |
价格更高 |
图1：不同类型掩码的比较
TI 提供了一整套用于设计电掩膜的解决方案。 常见电掩模的系统图如图2所示。
图2：电动面罩系统图
锂离子电池充电解决方案
电面罩通常由单串小型锂离子电池供电、这些电池通过 USB 接口充电。 对于这种系统配置、TI 提供了一个高精度特殊充电管理芯片 BQ24040。 使用此器件的典型应用方框图如图3所示。
图3：BQ24040的方框图
BQ24040是一款高度集成、高精度、高电流充电管理芯片、专为空间受限的便携式产品而设计。 高达30V 的输入电压范围使电池不仅能够通过 USB 充电、还能够通过各种低成本适配器安全充电、而不会受到损坏。 最大1A 的充电电流可满足快速充电的需求。 出色的性能使 BQ24040能够广泛应用于智能手表、腕带、蓝牙耳机、电面罩等。
BQ24040具有以下优势：
- 精确的充电电流控制、电流低至10mA；
- 在整个温度范围内充电电压精度高达1%，可显著延长电池的使用寿命。
- 集成电池温度监测功能；
- 全面的安全保护性能；
- 封装尺寸小至2mm * 2mm；
如果设计中首选 I2C 可编程锂离子充电器、TI 建议使用 BQ21061、其典型应用方框图如图4所示。
图4：BQ21061的方框图
BQ21061 IC 是一款高度可编程的电池管理器件、集成了一个用于单节锂离子电池的500mA 线性充电器、一个可配置为负载开关的通用 LDO 以及一个按钮控制器。 通过其 I2C 接口、主机可以更改电池稳压电压和充电电流等充电参数、并获取详细的器件状态和故障信息。 按钮控制器允许用户在无需主机干预的情况下重置系统、并将器件从运输模式唤醒。
电池保护方案
锂离子电池使用不当可能会导致安全风险、因此、保护锂离子电池对于产品的安全性能至关重要。 对于单串低压锂离子电池、TI 拥有一个低成本专用保护芯片 BQ2970。 BQ2970提供针对锂离子/锂聚合物电池的保护功能、并监控外部功率 MOSFET 以在高充电和放电电流时提供保护、包括过充电保护、过放电保护、过充电和放电过流保护、短路检测。 4µA 模式运行中消耗的电流仅为4 μ A，从而降低了电池的功耗。 尺寸仅为1.5mm * 1.5mm * 0.75mm、有助于降低电池组的体积。 BQ2970的典型应用方框图如图5所示。
图5：BQ2970的参考原理图
BLDC 风扇电机驱动
电动面罩的良好空气渗透性来自其内部循环风扇。 高效静音的直流无刷风扇电机驱动器将直接影响产品的用户体验。 图6所示的 DRV10964是一款具有内部集成式功率 MOSFET 的三相无传感器电机驱动器。 它专为具有高效率、低噪声和很少外设的电机驱动应用而设计。 专有的无传感器180°正弦控制方案可提供超静音电机驱动性能。 DRV10964具有智能锁定检测功能、与其他内部保护电路相结合、可确保安全运行。 DRV10964采用具有高热效率的10引脚 USON 封装、并且具有外露散热焊盘。
图6：DRV10964的参考原理图
驱动器芯片的主要优势如下：
- 只需很少的外设即可轻松实现。
- 不带霍尔传感器的180˚三相正弦波驱动器、可支持最大500mA 的持续工作电流。
- 综合保护功能：锁定转子、过流、过压、欠压、过热、 等等
- 低至15uA 的超低静态电流。
- 封装尺寸小至3mm x 3mm。
主控制方案
MSP430FR211x (如图7所示)是一款功能强大的16位 RISC CPU、适用于超低功耗、低成本 MCU、可提供2KB ~ 4KB FRAM 和1KB SRAM。 串行接口包括 UART、IrDA 或 SPI、它集成了6位 DAC 和8通道10位 ADC、并具有12个 GPIO 端口。 其低功耗和 QFN24 (3mmx3mm)封装非常适合于便携式设备。
图7：MSP430FR211x 的内部资源
电源轨方案
系统可能需要不同的 MCU 或电机电源轨。 为了为 MCU 供电、建议使用 LDO 将 MSP430的电池电源转换为3.3V。 TLV74233是一款高性能、低 IQ 的器件、适用于成本敏感型应用。 如果系统需要极低的静态电流、则建议使用 TLV70433、其静态电流低至3.2uA。
如果电机运行需要5V 甚至更高的电压、则可能需要升压转换器来为电机供电。 TPS61023器件是一款具有0.5V 超低输入电压的同步升压转换器。 该器件为由各种电池和超级电容器供电的便携式设备和智能设备提供电源解决方案。 TPS61023在整个温度范围内具有典型的3.7A 谷值开关电流限制。 凭借0.5V 至5.5V 的宽输入电压范围、TPS61023支持超级电容器备用电源应用、这可能会使超级电容器深度放电。 典型应用如图8所示：
图8：TPS61023的典型应用
TI 全面的产品为用户提供了设计电面罩产品所需的资源。 庞大的产品系列和支持资源可以大大缩短研发时间、并缩短电动面罩的上市时间。