Treiber-IC für Vibrationsmotoren lässt Handys mit klassenbester Effizienz und ultrakleinem Paket weltweit vibrieren

Ypern, Belgien – 6. September 2007 – Klingeltöne sind eine verbreitete Möglichkeit zur Personalisierung von Mobiltelefonen, PDAs oder iPhones. Eine diskrete Benachrichtigung über Anrufe oder geplante Termine erfordert aber häufig einen Vibrationsalarm. Leider war der Vibrationsalarm bisher eine Strom fressende Funktion, bei der ein Mikrominiatur-Gleichstrommotor ein Exzentergewicht mit hoher Drehzahl in Rotation versetzte. Die Einführung des Melexis MLX90283 bringt neue Möglichkeiten hinsichtlich der Effizienz der Verpackung und der Stromversorgung dieser allgegenwärtigen Funktion mit sich. Dieser Treiber-IC für einphasige bürstenlose Vibrationsmotoren ermöglicht eine höhere Batterielebensdauer und liefert dabei starke, deutlich spürbare Vibrationen. Er eignet sich außerdem für Force Feedback oder haptische Interfaces in Spielsystemen, sowohl bei Handheld-Geräten als auch bei Spielekonsolen.

Hohe Motoreffizienz
Der MLX90283 integriert einen Hall-Effekt-Sensor, sowie die Stromkreise für IC und Motorstromversorgung in einem ultradünnen QFN-Gehäuse mit niedrigem Profil und weist die neue, eigene ‘Active Start’ Funktion auf, um die Zuverlässigkeit des Anlaufens des einphasigen Vibrationsmotors zu erhöhen. Der Betriebsspannungsbereich von 1,8V bis 3,6V eignet sich perfekt für batteriebetriebene Anwendungen. Vibrationsmotoren sind meist batteriegespeist und stellen hohe Anforderungen hinsichtlich der Stromversorgung. Eine weitere Reduzierung des Stromverbrauchs zwecks Schonung der Batterie ist von primärem Interesse; Problem dabei ist aber die Notwendigkeit starker Vibrationen, die eine hohe Drehzahl erforderlich machen. Der MLX90283 wendet erfolgreich das ‘Freilaufprinzip’ auf Vibrationsmotoren an, indem er die Charakteristika des Einphasenmotors nutzt. Bei normaler Rotation versorgt ein herkömmlicher Treiber-IC den Motor auch dann, wenn sich das gleichgerichtete Sinuswinkel-Drehmoment dem Wert Null nähert. Dies führt zu einem Konflikt mit den Strommanagementzielen, da der Motor unnötig Energie verbraucht. Der MLX90283 schaltet dagegen seine Ausgänge ab, wenn das Drehmoment sich dem Wert Null nähert und die nächste Umschaltung mittels einer ‘Freilaufverzögerung’ von 92μs (normaler Wert) verzögert. Da das Gerät den ‘Freilauf’ aktiviert, wenn das Drehmoment annähernd Null ist, bleibt die Drehzahl unverändert. Die intelligente Steuerung des ‘Freilaufs’ beim MLX90283 ermöglicht eine Verringerung des durchschnittlichen Motorstromverbrauchs um bis zu 10mA bei Aufrechterhaltung derselben Drehzahl. Dies hat für die hohe Effizienz, die mit dem MLX90283 erreicht wird, zentrale Bedeutung.

Verbesserung der Zuverlässigkeit des Anlaufens des Vibrationsmotors
Ein weiteres chronisches Problem bei einphasigen bürstenlosen Motoren hängt mit der unkorrekten Startposition zusammen, was als ‘Totpunktproblem’ bezeichnet wird. Diese simplen bürstenlosen Gleichstrommotoren arbeiten häufig mit einer Sperrvorrichtung, die verhindert, dass der Läufer am ‘Totpunkt’ zum Stillstand kommt. Dünnere und kleinere Motorkonstruktionen, wie die, die für Vibrationsmotoren benötigt werden, reduzieren unweigerlich die Wirksamkeit dieser Sperrvorrichtung. Dies kann zu unzuverlässigem Anlaufen oder dem Hängenbleiben des Läufers führen, sodass der Vibrationsalarm unter Umständen nicht funktioniert. Der MLX90283 erkennt ein Hängenbleiben innerhalb von 110 ms (typischer Wert) durch Messung des Läufermagnetfelds. Sobald dieser Erkennungszeitraum abgelaufen ist, wechselt das Gerät auf ‘Active Start’ und legt eine Frequenz von 55Hz (typischer Wert) an die Motorwicklung an. Diese elektrische Schwingung wird in mechanisches Schütteln umgewandelt, was zu einer schnellen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Rotors führt. Einphasige Vibrationsmotoren sind in der Regel für eine Drehrichtung optimiert. Bei Rückwärtsdrehung verringert sich die Drehzahl und der Stromverbrauch steigt. Der “Active Start” des MLX90283 schüttelt den Läufer sieben Mal mehr in Vorwärtsrichtung als in Rückwärtsrichtung (in der Regel 15,9 ms vorwärts und 2,2 ms rückwärts). Dieses Verhältnis ist optimal für das zuverlässigste Anlaufen in Vorwärtsrichtung. Der MLX90283 erhält mit diesem 7/8 Zyklus ein positives Drehmoment aufrecht und begünstigt somit die anfängliche Drehrichtung und hält die vorgesehene Motorleistung aufrecht. Das Gerät beendet den ‘Active Start’ Modus, sobald die Rotation vom Hall-Sensor im IC erkannt wird. Melexis ‘Active Start’ ist eine innovative Technologie, die exklusiv bei Melexis entwickelt und eingeführt wurde, um das ‘Totpunktproblem’ zu lösen, während sie gleichzeitig die anfängliche Motordrehrichtung begünstigt.

Gehäuse
Der MLX90283 ist in einer ‚Chip Scale Package’ Option erhältlich, der kleinsten Packaged IC Konfiguration, die es auf dem Markt gibt. Das CSP spart wertvollen Platz auf der Platine und im Gehäuse und ermöglicht eine kleinere Integration. Der Platzbedarf des neuen Ultra-Thin QFN (Quad Flat No leads) Gehäuses beträgt nur 3mm2 (1,5 x 2mm) bei einer maximalen Dicke von 0,43mm. Dies ist besonders wichtig für Vibrationsmotoren in Mobiltelefonen und Geräten mit der ständigen Forderung nach weiterer Miniaturisierung und ultraschlankem Design.