六一套餐迷你q拆解 电荷泵原理分析

今天把六一套餐的迷你q拆解了,原来道友留言的说六一套餐里有个语音识别的玩具就是迷你q啊。那么本次拆解主要还是从电路理论上去分析,会顺带将电荷泵的基础原理,以及这个玩具一分钟休眠的原理分享与各位。

实现功能:直走,当语音识别到“迷你q六一快乐”的时候,玩具转圈。如果开机一分钟内未识别到“迷你q六一快乐”,那么玩具会休眠,再次唤醒只能再次开关机。轮子采用了偏心轮的设计,为了让其走路不平衡,晃脑袋的功能。直线行走很简单,就是电机正转。转圈设计的很巧妙,转圈是通过电机反转,加结构锁死一个轮子,只让一个轮子旋转达到转圈的功能,如下动图所示,电机正转和反转轮子(右边轮子不转)的情况:

然后是电路部分,可以看到电路非常简单(单面板)。主要有三颗芯片,一颗是电源芯片,一颗电机驱动芯片,一颗语音识别芯片。电路采用2节1.5V干电池供电,使用一颗HX4004A电荷泵芯片U1将干电池电压升压到5V,然后将5V供电给U2语音识别芯片WTK6900L,U2通过MIC的输入信息,控制U3电机芯片TC118S(电机芯片供电为干电池直供),让电机正转/反转(直走/转圈)

这个语音识别芯片用的是唯创知音的一颗语音识别芯片,应该是定制款,未查询到具体型号。

然后是电荷泵升压芯片HX4004A,在立创查了一下,大概3000+可以5毛钱的价格,这个价格相比Boost升压要便宜得多

这个电源芯片还是很有意思的,它是通过电容的充电放电达到升压功能的,下图是芯片的典型应用图:

不过这种电荷泵芯片比较适合负载电流不大的情况,就像这款芯片,负载电流最大只能到120mA,而且效率是比较低的。

那么下图是根据电荷泵的原理,进行的简单仿真,效果如动图所示,可以看到通过开关S1和S2的开通与闭合,将3V电压升压到了6V左右

这个仿真算是芯片内部拓扑的简化,实际上芯片内部还会有一些反馈电路、振荡器、逻辑控制等电路。那么就根据仿真的这个拓扑,简单分析一下电荷泵的工作原理。电路分为两种工作状态,分别是:电容Cboot充电:如下图所示,当开关S1和开关S2如下时,电容Cboot通过红色电流路径充电,电容充满电后,电容C1两端的电压为3V,且电容右边电压高(V右 - V左 = 3V)。

电容Cboot放电:如下图所示,当开关S1和开关S2如下时,由于电容两端电压不能突变,所以如果电容需要维持电容V右 - V左 = 3V,电容左边又由于接到了3V,所以电容右边的电压就被抬升到了6V,这也就是电荷泵升压的原理。

那么这个玩具还有最后一个,就是他的1分钟休眠是使用了一个类似单片机RST上电复位的功能,当上电瞬间,电容充电,所以EN管脚会有短暂的高电平,电荷泵芯片使能工作,输出5V电压给语音识别芯片 。语音识别芯片工作后会拉高电荷泵芯片的EN管脚实现自锁,当一分钟后,语音识别芯片拉低EN管脚,从而电荷泵芯片不工作,停止给语音芯片供电,玩具休眠。这个设计的还是蛮巧妙的。电路的大致逻辑图如下所示:

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