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本帖最后由 272151979 于 2025-1-13 11:14 编辑 驱动钛丝（SMA）的应用（2）镜头光圈模组案例 【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效的转化为科技成果。 第2节 【镜头光圈模组】 今天应某位粉丝大佬要求特别定制一节，讲讲镜头光圈的设计案例、驱动思路和注意事项。 由于结构设计部分涉及到很多专利技术方面的问题，财哥不做具体分析。本节内容主要在驱动方案层面，提供一种设计思路，但不一定是市场主流设计思路。仅代表财哥个人观点，供大家学习参考。 【模组系统组成】 SMA驱动技术应用在镜头光圈模组由驱动机构和驱动电路组成，驱动电路可以独立集成在模组本体，亦可集成在主体的PCBA部分。 【驱动机构特性】 市面上现有的镜头光圈模组的驱动驱动机构一般采用偶数根钛丝来驱动，这是为了考虑到运动力学的平衡性，使得机械光圈部分的开合过程更加的稳定流畅。当然也有单根钛丝来驱动，这里暂不做说明。 财哥找到某公司的一款产品的结构案例图片来展示，它采用2根钛丝作为光圈的驱动动力源的在结构上做对称性设计。 【驱动电路】 驱动电路方案可以有多种方式，最优解决方案是根据产品原有的PCBA和供电系统做兼容性的设计。 其核心原理就是通过系统控制，使得供电系统驱动两根串联起来的钛丝，让其同时做位移定位驱动。 我们可以采用恒流驱动的设计方案+钛丝电阻反馈+环境温度补偿设计+电压波动补偿设计： 例1：恒流驱动的设计方案+钛丝电阻反馈 我们通过对地下接参考电阻，给到运放，再通过单片机的ADC采样参与闭环控制钛丝的驱动位移量。 例2：环境温度补偿设计 我们通过NTC采样来获取环境温度数据，给单片机做驱动电流的补偿，使得不同环境温度条件下的驱动的一致性。 例3：电压波动补偿设计 我们可以通过RC采样和差分采样的方式，获得供电系统的电压波动信息，消除，单片机的采样误差，做到精准定位驱动控制。 【电阻和位移的关系】 钛丝的电阻值和驱动位移量可以理解为线性关系。 我们可以将钛丝的电阻值划分成所需要的分量，分量越多，精度越高，对单片机的精度要求也更高。 然后将钛丝的驱动位移量划分同样的分量，其两者的分量就一一对应上了。 例如：0.03mm线径钛丝长度68mm。 奥氏体电阻值：91.4Ω 马氏体电阻值：81.8Ω 我们将其划分为16分，17级，假设最大位移量是5%，我们把这5%划分为同级数。 然后结合我们的恒流驱动电路，就可以得出钛丝的监控反馈电压值和驱动的位置对应关系。 【冗余设计】 财哥说钛丝中提到的建议，我们有必要做冗余设计，这样才能保证我们驱动的可靠性，同时降低我们的设计师的工作难度。 温度和位移冗余，我们可以简单的认为是砍掉上述17级当中的头尾，满足我们驱动的3.5%~4%的范围即可。 【驱动电流和保持电流】 钛丝的驱动电流和保持电流是不一样的，其核心在于对流系数的问题，也就是对流散热的问题。 这个问题虽然有公式能够满足我们的理论计算，但是这个差值区间非常的大，财哥建议我们在实际的产品中来做实验获取。 假如：空气的对流系数从20-200不等，相差10倍。 0.03mm线径钛丝长度68mm。 假定对流系数是200（w/（mm2.k），我们带入对流计算公式 假定对流系数是20（w/（mm2.k），我们带入对流计算公式 这直接影响到了我们的所需驱动电流和保持电流。 驱动电流=驱动电流+对流电流 保持电流=对流电流 【奥斯体和马氏体的滞后】 我们除了需要做流热量损失补偿设计，还需考虑到给钛丝加热到驱动形变后，冷却恢复到某个位置，其中有约20°的温差现象。 这个温差现象直接影响到我们的驱动控制的响应时间，同时这个响应时间直接和对流系数相关。 例如：我们从4%驱动到3.9%位置，需要等待20°的冷却时间，这个时候我们需要纳入对流系数值，通过反推导财哥的公式得到这个响应时间。 保持电流为0时，响应最快，但不一定是最均衡的，因为光圈的调节响应速度、聚焦和光线强弱变化匹配。我们需要根据我们的实际情况来增减位移驱动过程的保持电流，让钛丝在稳定的速度做位移控制。 大家可以参考财哥说钛丝的第2章节和第6章节。 【驱动位移和寿命】 我们的光圈调节次数寿命和我们产品标定的寿命需要合适的匹配。 钛丝的驱动控制会伴随着次数的增加，驱动位移量减小，这也体现在前面提到的冗余设计中的位移量和电阻值的微妙变化。 大家可以结合财哥说钛丝的第5章节，结合冗余设计中的情况，定期做效验设计。 希望本章节可以对感兴趣的朋友带来一些启发，欢迎大家的关注和交流，也欢迎大家一起来合作开发，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

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【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。 本章节主要介绍钛丝（SMA）在汽车腰托支撑按摩气阀模块的应用，我们在该领域的研发也积累了一定的经验，欢迎大家交流或者合作。 第1节 【汽车腰托支撑按摩气阀模块】 【财哥讲故事】 ‌在聊形状记忆合金丝的驱动技术应用在汽车电子领域之前，财哥先给大家讲个小故事。‌ 话说在很久很久以前，有一个名叫Memory的M国人，对形状记忆合金的驱动技术情有独钟，痴迷程度不亚于任何人对宝藏的追寻。Memory在资本的鼎力支持下，一头扎进了形状记忆合金的研发深渊，日复一日，年复一年，进行着无数次的实验与探索。 终于，在一个风和日丽的日子，Memory迎来了曙光，他成功突破了形状记忆合金从理论到工业化的关键壁垒。然而，命运似乎总爱开玩笑，就在Memory即将迎来辉煌的时刻，资金链却意外断裂，他的梦想之舟眼看就要搁浅。 资本是冷酷无情的，没有回报的投入终将撤出。已经烧掉10亿美金的Memory在绝望中挣扎，四处寻求救星。就在这时，D国的一位汽车零部件巨头——Afm，如同救世主般出现在了他的面前。Afm对Memory的成果惊叹不已，迅速出手，将Memory的企业收入囊中，并让他专心致力于生产，其他琐事一概不用操心。 时间转眼到了2003年的冬天，那是一个寒冷的季节，但Afm的研发团队却热血沸腾。他们仅用不到一年的时间，就成功开发出了汽车的腰托核心部件——气囊式腰托驱动机构。这一创新之举，不仅让Afm在欧美等地迅速完成了专利布局，更让汽车行业为之震动。 然而，新技术的推广总是充满挑战。Afm的产品虽然先进，但却遭遇了市场的重重阻力。但Afm并没有放弃，他们凭借着不懈的努力和本土的影响力，逐渐撕破了市场的壁垒。终于，在奔驰、宝马等顶级车系的青睐下，Afm的驱动机构得以大放异彩。 随着两大车系的力挺，Afm的驱动机构迅速突破了车圈的屏障，成为了各大车企争相效仿的对象。到了2018年前后，Afm的驱动机构销售量已经飙升至惊人的2000万支/年，成为了行业内的佼佼者。 Afm并没有止步于此，他们敏锐地发现了中国市场的巨大潜力，并迅速采取了战略布局。在中国成立了分公司，筑起了坚实的专利防火墙，意图在这片热土上续写辉煌。 2019年的夏天，一个名叫Msk的网红车企也按捺不住内心的激动，在他的第三代汽车上引入了Afm的驱动机构。这一举动，无疑为Afm在中国市场的推广注入了强大的动力。 国内的汽车行业人士听闻此事，纷纷摩拳擦掌，意图弯道超车。然而，由于技术断层严重，Afm的专利防火墙又坚不可摧，许多圈内大牛企业历经数年，仍未能取得实质性的突破。 这个场景大家是不是觉得很熟悉！好了，言归正传，我们接下来讲解汽车舒适系统应用案例。 【支撑系统、按摩系统】 钛丝的驱动技术应用在支撑系统和按摩系统已经非常普遍。 钛丝的驱动技术，在汽车腰托的气囊式气阀控制中，通过记忆合金丝的热敏特性实现精准控制。当合金丝被加热时，会缩短并拉动气阀，从而控制气囊的充气或泄气；冷却后，合金丝恢复原长，保持气阀位置稳定。这种技术替代了传统的电磁铁气阀，使得控制装置结构更简单、体积更小、重量更轻、功耗更低。 【支撑和按摩系统的组成】 早期的汽车腰托装置仅有支撑系统，伴随国内的用户需求，逐渐衍生了按摩系统，本质上，它们属于同一个控制原理的不同控制方式。 这个驱动系统分为气泵、气囊、控制线路、控制按键、驱动模块组成，由它们形成的一套完整的气囊式汽车腰托。给汽车驾驶带来更加舒适的用户体验。 【驱动模块的组成】 驱动模块包含了驱动机构、驱动电路、数据通讯、控制按键等组成。 【驱动机构的核心原理】 钛丝的驱动技术应用的支撑系统和按摩系统，其核心原理在财哥说《驱动钛丝（SMA）的可靠性设计》的《SMA常见10大结构模型》中的三角函数驱动结构。 以上是其核心的专利示意图，具体说明在财哥说钛丝的《驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（5）位移设计》文章中提到的： 例3：三角函数结构 我们将一根钛丝，两端固定，中间作为驱动点，钛丝的驱动点和固定点形成三角函数关系，我们可以利用勾股定理得到类似杠杆的放大效果，得到更大的驱动位移量。 当sinA=0.4时，钛丝的直线驱动方向的位移量是驱动点的方向的1:3倍关系，钛丝∅ 0.15mm，长度100mm，我们设计4%的位移量4mm，在驱动点的方向，我们会获得12mm的驱动位移量。 【驱动机构的参数特点】 钛丝驱动模块的功能需求，最早是相对传统电磁铁的气阀标准过渡过来开的，其参数特点如下： 1、工作电压：9-16v 2、工作温度：-40-80℃ 3、气压：55±5KPa 4、流量：5.5L （7L气泵输入） 5、气密：＜10%（55KPa情况下，24小时损失） 6、噪音：＜30db （空载）；＜40db（负载30KPa） 7、响应时间：＜150ms 【驱动机构的功能特点】 我们容易认为，这是一个简单的充气和放气，气阀打开和闭合的过程。但是我们站在用户体验的角度，就完全不一样了。 例如：我们不同的人开车，腰部支持的高低是不一样的，这就需要连接汽车的智能识别系统，来调整气囊的高低。当我们开车累了，可以调用气囊自动给我们按摩。气囊的数量也从早期的1个，演变成了现在的20-30多个不等。 多气囊的驱动机构，采用传统的电磁铁驱动就不合适了，电磁铁过于笨重、功率大、体积大。更合适的解决方案是一套矩阵式的钛丝驱动机构和矩阵式的钛丝驱动电路，采用MCU来实现这些功能。 【驱动机构的电路设计】 驱动机构的电路设计，在财哥说《驱动钛丝（SMA）的可靠性设计》的《驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（9）钛丝的驱动电路控制（下）》的【矩阵式驱动控制】中提到： 矩阵式驱动一般应用于数量较多或大规模的钛丝驱动机构的情况下。 矩阵式驱动有很多种类，电子工程师一般都可以根据自己的实际情况灵活调整，本案例给出其中一种表现形式，供大家参考。 矩阵式驱动的重点是结合MCU本身的资源能力，给出最有效的矩阵设计思路，软件工程师通过矩阵的数量设定合适的周期和对应的占空比。 工作原理： 本例依然采用PWM恒功驱动的设计方案，驱动4组钛丝驱动机构。 通过软件控制: P1、P2、P3、P4实现： 驱动钛丝的L1、L2或L3、L4 或L1、L4或 L2、L3的4种驱动状态，达到矩阵控制和交叉矩阵控制的目的。 本例中的软件控制可以采用4组PWM，也可以采用2组PWM ，我们的软件工程师需要结合MCU的资源去灵活调整。 【驱动模块的设计案例】 财哥将以往设计的驱动模块案例整理出来分享给大家，仅供大家参考： 1.一体两通道四路驱动机构结构 2.一体两通道四路驱动机构电路 3.一体两通道四路驱动机构软件调试 4.一体两通道四路驱动机构硬件调试 5.一体两通道四路驱动机构水下气密性调试 6. 钛丝的驱动技术应用的支撑按摩系统总成 钛丝的驱动技术应用除了在支撑、按摩系统的应用之外，还在汽车的流体控制系统、新风系统、新能源车的电池温控系统、落锁装置等方面陆续展开大规模应用，财哥的团队【钛丝科技】均已经研发出一些模块和成果，后续我们也会根据大家的兴趣，选择性的展开来讲解。 希望本章节可以对感兴趣的朋友带来一些启发，欢迎大家的关注和交流，也欢迎大家一起来合作开发，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

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发表了日志： 驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（12） 生产过程中的偏差和误差

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【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效的转化为科技成果。 第12节 【生产过程中的偏差和误差】 1、【钛丝的长度偏差和误差】 钛丝在加工生产环节中也会给钛丝的长度带来一些偏差和误差。 钛丝的长度偏差 钛丝的长度偏差一般是厂家的工艺环节中导致的，例如：规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝表现出来的特性包括： 第一次给钛丝通电加热后，经过冷却恢复，钛丝的长度由原始的100mm，变成了99mm，我们的钛丝缩短了1mm。 第一次给钛丝通电加热后，经过冷却恢复，钛丝的长度由原始的100mm，变成了101mm，我们的钛丝变长了1mm。 这种现象有可能导致我们的驱动机构初始位置和驱动位置发生偏移。 由于不同的驱动钛丝生产厂家的生产流程和工艺区别，造成了不同厂家的驱动钛丝出现了参差不齐的偏差现象。 我们在采购钛丝的时候，需要提前预防，并且需要做长度偏差的补偿设计。 钛丝的长度误差 钛丝的长度误差一般是厂家在定制我们所需长度的时候，例如：规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝，表现出来的特性是： 正负公差：100±0.1mm 正公差：100+0.2mm 负公差100-0.2mm 我们需要结合我们的驱动机构特性，选择合适的公差类型，例如驱动机构的： 初始位置容差范围较大，我们要求正公差：100+0.2mm 驱动位置容差范围较大，我们要求负公差：100-0.2mm 驱动机构富余位移较多，我们要求正负公差：100±0.1mm 2、【钛丝的装配偏差】 我们的产品在加工组装生产过程中，驱动机构的装配间隙会带来一定的偏差，活动结构件的装配间隙和钛丝端子挂靠的定位柱间隙，会导致我们的驱动机构的钛丝长度偏长。 我们需要根据驱动机构的实际情况来调整钛丝的长度。 3、【通过工装治具差消除驱动机构的偏差和误差】 我们可以在产品的生产过程中，增加工装治具来消除驱动机构的偏差和误差。 例如上节中提到的焊接式连接的驱动机构，因为焊接点的位置定位容易出现偏差，我们可以在焊接工艺的环节增加弹性的焊接治具或自动化装置。 我们可以根据我们的驱动机构设定好一个绝对位置，然后给驱动钛丝一个动态弹性的相对位置，接下来实施焊接工艺。 如果钛丝长度偏长或偏短，我们的动态弹性滑块会主动将端子左移或右移，让钛丝始终处于绷直的状态。 这类的装置就可以消除我们的钛丝长度误差、钛丝的装配偏差。 简单来讲就是通过动态调整来消除钛丝或驱动接机构的相对偏差。 为了让驱动钛丝在工业应用中切实落地，财哥制作整理了包括《财哥说钛丝视频》、《SMA常见电路控制方案》、《驱动钛丝（SMA）计算模型》、《驱动钛丝（SMA）常见结构模型》等系列资源供大家参考，欢迎大家的关注和交流，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

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驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（11） 加工生产的影响 【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。 本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效地转化为科技成果。 第11节 【加工生产的影响】 1、【钛丝的折伤】 我们在实际生产应用当中，特别是手工或半自动化加工生产的环节，钛丝有概率会出现发生弯折的情况。 生产过程中的工人或机械爪，在拾取钛丝的时候，如果存在这种R形态，我们需要尽量让R不要小于钛丝线径的20倍，如果R形态偏小可能会造成钛丝的局部受到一定的损伤，这种损伤体现在驱动机构的寿命变短。 例如：我们的产品可能需要100万次的使用寿命，但是这里曾经发生了极小的R折弯的现象，那么我们的驱动机构可能跑了50万次的时候，R位置发生断裂。 同类的现象还有交叉压痕，造成这样的现象的原因，一般是我们采用成匝的包装形式的情况下，工人抽取的时候难以分离造成。我们的生产过程中可能因为钛丝太细难以发现，虽然可以在通电形变中恢复，这种现象几乎可以直接让钛丝发生断裂。 以上两种折伤的现象非常具有隐蔽性，在实际生产过程中我们基本上难以发觉。钛丝的折伤现象，类似我们的宽带光纤光缆一样，在无法避免的折弯前体下，我们需要保证折弯的幅度。 2、【金属工具的影响】 我们给驱动机构组装钛丝的过程中，应该避免尖锐或材质较硬的金属工具或机械臂直接按、压、翘等动作实施在钛丝上面，这类动作同样可能会造成钛丝的局部受到一定的损伤，导致驱动机构的寿命变短。 3、【焊接式连接的影响】 我们的驱动机构如果采用的是焊接式的连接方式，财哥建议焊接时候增加对钛丝的散热装置，一般采用铜、铝等治具或装置。 我们的电烙铁温度一般是300°上下，手工焊接或自动化点焊在端子头部的时候，热传导可能会让钛丝根部产生较高的温度，使得钛丝发生局部热处理定型的现象。 4、【接触式连接的影响】 我们的驱动机构如果采用的是接触式的连接方式连接，需要注意固定好叠加的导线端子和钛丝端子，避免出现松动，导致接触不良的情况。 为了让驱动钛丝在工业应用中切实落地，财哥制作整理了包括《财哥说钛丝视频》、《SMA常见电路控制方案》、《驱动钛丝（SMA）计算模型》、《驱动钛丝（SMA）常见结构模型》等系列资源供大家参考，欢迎大家的关注和交流，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

发表了日志： 驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（10）供电线路材料的影响和选择

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【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。 本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效的转化为科技成果。 第10节 【供电线路材料的影响和选择】 我们完成了产品的机械设计、电路设计和软件控制后，接下来我们进入物料采购、3D结构制作、电路板打板等验证环节。 其中供电线路材料的选择比较重要，财哥从以下几个方面来提醒大家注意。 1、【PCB LAYOUT的线路和电路板工艺】 电子工程师在对电路板进行LAYOUT的时候，驱动钛丝的供电线路宽度，需要满足驱动钛丝的足够电流；在无法满足足够电流宽度度线路的情况下，可以在PCB板下单的时候，增加外层铜厚，例如：常规是1盎司，也可以选择2盎司；再或者把线增加助焊层镀镍处理。 这类电流和线宽的关系表非常的常见，大家可以根据钛丝的最大驱动电流来对照设计。 2、【驱动钛丝的连接电线】 我们在选择钛丝驱动的连接电线的时候，尽量采用线芯8芯或以上的国标铜芯线，也可以用8芯以上的漆包线。 3、【供电线路的电缆电线】 有些大规模的密集型机柜应用，容易出现供电不平衡的现象，距离远的执行电流不够，距离近的电流偏大，可能烧坏。这种情况主要是供电线路中的电缆和电线电阻过大，导致远近区域的电流不平衡造成的。 处理这种情况，需要提升电缆、电线的材质和线径，尽量降低电路的电阻即可。 如果无法避免的情况下，我们也可以将驱动主板调整为恒流驱动方案来解决这个问题，但对产品的供电系统整体要求同步会提升。 为了让驱动钛丝在工业应用中切实落地，财哥制作整理了包括《财哥说钛丝视频》、《SMA常见电路控制方案》、《驱动钛丝（SMA）计算模型》、《驱动钛丝（SMA）常见结构模型》等系列资源供大家参考，欢迎大家的关注和交流，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

回复了主题帖： 驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（9） 钛丝的驱动电路控制（下）

qwqwqw2088 发表于 2024-11-29 10:39 不同的产品实际的结构空间的密闭性或空间大小不一样，空气的比热容值会有所偏差 这个空气的比热容值影响 ... 空气的比热容变化不大，大约0.01 J/g*℃的变化区间，例如0.1mm线径的钛丝，保持电流大约2mA的区别。普通的产品设计可以忽略这个变化，在精度较高的产品应用当中，我们工程师需要依据这个值，来调整保持电流。 感谢您的关注！

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  【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。 本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效的转化为科技成果。 第9节 【钛丝的驱动电路控制（下）】 本节要说的是驱动钛丝电路控制的【驱动保持控制】、【环境温度的补偿设计】、【温度闭环控制设计】、【任意定位驱动控制】、【矩阵式驱动控制】。 在讲解前，我们需要引入软件设计控制中的一个常见的设计应用：PWM驱动，电子工程师和软件工程师都非常熟悉这个驱动模式。 本文中提及的电流参数，均表示PWM驱动时的电流平均值或有效值。 6.【驱动保持控制】 有些产品的功能要求我们的驱动机构在驱动后，还要保持驱动后的状态，此时，需要在我们在上一节提到的恒功驱动电路方案的基础上，进一步做软件设计。 工作原理： 驱动保持控制的两个步骤： 恒功驱动，参考《表1钛丝位移形变热功方程模拟计算表》对钛丝通电驱动，让执行机构完成执行动作。 驱动保持，根据产品实际的结构空间情况，计算或测量温度的损失，做温度补偿电流控制，使其驱动机构内的钛丝的温度始终维持在100°，波动区间在10°的范围。 例如规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝，从环境温度20°，通过0.5S的响应时间，达到驱动温度100°，带入Q=cm(t−t0)。我们得到需要的驱动电流是 581mA，这个时候我们的驱动机构完成了第一步的驱动执行动作。 接着，我们假定钛丝处于理想的悬空情况下的空气当中，100°空气的比热容值是0.242 Kcal/Kg℃，根据换算单位1 Kcal/Kg℃ = 2.389 J/g*℃，‌我们得到100°空气的比热容值是0.58 J/g*℃ ‌ 带入《驱动钛丝（SMA）计算模型》表5得到规格∅0.15mm，长度100mm的钛丝所需保持电流约171mA。 这个时候，我们通过改变PWM的占空比，即可得到我们所需的电流值，达到驱动保持的目的。 注意事项：不同的产品实际的结构空间的密闭性或空间大小不一样，空气的比热容值会有所偏差，我们需要结合产品本身的实际情况来调整这个值。 应用案例：手机镜头防抖、云台防抖、机器人、无人机拓展功能、汽车风路控制、汽车流体控制。 7.【环境温度的补偿设计】 我们在第6节7点中提到钛丝驱动需要考虑环境温度补偿设计，可以通过电路设计和软件控制来消除环境温度对钛丝的驱动带来的影响。 工作原理： 我们在恒功驱动的基础上，增加一个普通的电阻和NTC热敏电阻，这样就可以做到简单有效的环境温度的补偿设计。 考虑到节能的问题，我们需要MCU提供一个端口，提供高电平作为环境温度检测的供电系统，当NTC热敏电阻伴随环境温度变化而发生变化时，MCU还需提供一个ADC脚来采集NTC变化的电压。我们再通过软件的计算补偿，实时的调整PWM的输出占空比，消除环境温度的偏差，达到对钛丝稳定驱动的闭环效果。 例如规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝，从环境温度20°，通过0.5S的响应时间，达到驱动温度100°，带入Q=cm(t−t0)，我们得到需要的驱动电流是 581mA。 当环境温度降低10°，我们就给Q=cm(t−t0+10°)，我们得到需要的驱动电流是 616mA。 当环境温度提升10°，我们就给Q=cm(t−t0-10°)，我们得到需要的驱动电流是 543mA。 通过环境温度补偿设计，就可以消除环境温度的差异对驱动机构带来的影响，进一步提升了钛丝驱动的可靠性和稳定性。 注意事项：软件工程师一般情况下，会考虑经济问题，充分利用MCU的端口，如需做环境温度的补偿设计，需要预留2个端口，一个ADC，一个任意可以提供高电平的端口。 应用案例：手机镜头防抖、云台防抖、机器人、无人机拓展功能、汽车风路控制、汽车流体控制。 8.【温度闭环控制设计】 在一些可靠性要求较高的产品应用当中，需要对钛丝驱机构实现温度监测反馈和闭环控制。驱动钛丝极小的线径导致了一般的温度检测传感器难以准确测量钛丝的实际温度，我们可以结合钛丝的物理特性，通过测量钛丝的电压和电阻，同样可以达到闭环监测目的。 工作原理： 我们在恒功驱动的基础上，将钛丝置于MOS对地的位置，通过钛丝靠近MOS的一端采集电压数据给到MCU的ADC，由于钛丝本身的电阻是随温度的变化而变化，这样就可以实时监控钛丝的驱动过程中的对应温度变化情况。 例如规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝，我们根据《表2钛丝电阻计算表》R=ρL/S，通过带入电阻率计算得： 奥氏体状态下的电阻值是5.66Ω 马氏体状态下的电阻值是4.53Ω 我们在第6节中提到，钛丝的相变温度是个范围值，且存在逆向滞后的现象，且有大约20°的温度区间。我们需要理解： 从95°上升到115°完成完整的位移驱动（大约20°的温度区间） 5.66Ω—>4.53Ω 从105°下降到85°以后，开始位移恢复（大约20°的温度区间） 4.53Ω—>5.66Ω 通过实时监测驱动钛丝的电阻值，就可以间接反馈驱动机构的温度和位移是否达标，再结合软件算法，实时动态修正和调整驱动机构的电流和温度，同时实现驱动机构的交互式反馈，确保钛丝驱动稳定工作。 注意事项：无 应用案例：手机镜头防抖、云台防抖、机器人、无人机拓展功能、汽车风路控制、汽车流体控制。 9.【任意定位驱动控制】 工作原理： 任意定位驱动控制是在温度闭环控制设计的基础上，做更加精细的软件控制思路实现位移或定位的精准控制。 注意事项： 我们做任意位置驱动或任意位移点的精准控制，就需要精确知道： 奥氏体—>马氏体（95°—>115°）5.66Ω—>4.53Ω 马氏体—>奥氏体（105°—>85°）4.53Ω—>5.66Ω 采用任意定位驱动控制电路和配套软件算法，通过监测电阻，实时调节电流和温度，就可以实现驱动钛丝位移或定位的精准、实时动态控制状态。 应用案例：手机镜头防抖、云台防抖、机器人、无人机拓展功能、汽车风路控制、汽车流体控制。 10.【矩阵式驱动控制】 矩阵式驱动一般应用于数量较多或大规模的钛丝驱动机构的情况下。 矩阵式驱动有很多种类，电子工程师一般都可以根据自己的实际情况灵活调整，本案例给出其中一种表现形式，供大家参考。 矩阵式驱动的重点是结合MCU本身的资源能力，给出最有效的矩阵设计思路，软件工程师通过矩阵的数量设定合适的周期和对应的占空比。 工作原理： 本例依然采样PWM恒功驱动的设计方案，驱动4组钛丝驱动机构。 通过软件控制: P1、P2、P3、P4实现： 驱动钛丝的L1、L2或L3、L4 或L1、L4或 L2、L3的4种驱动状态，达到矩阵控制和交叉矩阵控制的目的。 本例种的软件控制可以采用4组PWM，也可以采用2组PWM ，我们的软件工程师需要结合MCU的资源去灵活调整。 注意事项： 矩阵式驱动方案需要足够的供电系统的支持，我们需要考虑同时驱动多少数量的钛丝。单片机的频率是否满足扫描周期的占空比控制。 应用案例：手机镜头防抖、云台防抖、机器人、无人机拓展功能、汽车风路控制、汽车流体控制。 为了让驱动钛丝在工业应用中切实落地，财哥制作整理了包括《财哥说钛丝视频》、《SMA常见电路控制方案》、《驱动钛丝（SMA）计算模型》、《驱动钛丝（SMA）常见结构模型》等系列资源供大家参考，欢迎大家的关注和交流，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

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qwqwqw2088 发表于 2024-11-26 21:35 钛丝看来用处还挺广，不过钛丝的制造成本也是比较高的 国内钛丝驱动应用还不多，不过钛丝驱动相比传统电机和电磁铁还是要便宜很多的，国内驱动钛丝大约0.5-2元不等。有兴趣可以交流交流

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  【前言】 形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形态记忆合金、钛镍记忆合金，它是由Ti（钛）-Ni（镍）材料组成，经过多道工序制成的丝，我们简称钛丝，可以通过电路驱动钛丝发生运动。 相比于传统的电机、电磁铁动力，钛丝是一种新型的动力元件。 钛丝驱动技术目前已经在航空航天、洲际导弹、无人机、手机、汽车、机器人等科技领域投入使用。 本文通过分享、普及钛丝驱动技术的可靠性设计，方便大家在机械电子工业设计等领域快速有效的转化为科技成果。 第8节 【钛丝的驱动电路控制（上）】 前面3-7节基本上讲述了驱动钛丝（SMA）在机械结构层面的可靠性相关的设计，接下来，我们将围绕着驱动钛丝（SMA）在电路设计和软件控制方面进一步的阐述。 1 .【供电系统设计】 在设计驱动电路之前，我们首先要考虑我们的产品的供电系统是否满足我们的驱动条件。我们回顾一下第一节中提到的《表4钛丝直线位移响应时间/电流基础参数表》 钛丝的驱动响应时间需求，决定供电系统的电压和电流上限的配置。 例如：规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝 我们产品需求的响应是0.5S的时候，我们的供电系统需要提供U>2.63V，I>581mA 当产品需求的响应是0.1S的时候，我们的供电系统需要提供U>5.88V，I>1298mA 这里要注意需要重点关注供电系统的电压范围，为了保证我们的产品驱动的可靠性，必须保证供电系统的电压下限满足我们驱动的需求。 例如：我们需求的钛丝驱动电压最小是2.63V时，选择的锂电池标称电压3.7V，但锂电池的实际电压有的是3V-4.2V，有的是2.5V-4.2V，为了保证可靠性，就需要选择3V-4.2V这种。 2 .【行程开关驱动控制】 工作原理： 驱动系统的MCU下达驱动指令后，供电系统通过S1开关直接上电给钛丝，钛丝通电收缩带动驱动滑块执行驱动动作，驱动滑块执行到行程开关位置后完成驱动机构的执行工作。 同时，行程开关被关闭，反馈驱动机构执行结果给控制系统停止驱动指令； 同时，钛丝的供电被断开，钛丝冷却恢复过程中带动驱动滑块执行返回归位。 这时，驱动机构完成驱动指令和恢复归位。 方案特点： （1）钛丝直接由供电系统供电，不需要调试电流和时间，无需软件编程，硬件电路结构简单。 （2）一般用于电流和控制时间要求比较低、负载数量少的情形。 注意事项： （1）供电系统电压不可过高，驱动机构数量不可过多，否则负载过大容易造成死机或重启。 （2）有些应用场景下，会出现行程开关损坏或意外造成开关无法动作，有时会烧坏钛丝，这个时候可以加多一级行程开关，用于驱动监控和保护，避免上述现象。 应用案例：无人售货机、快递柜等简单的电子锁、简易开合机构。 3.【恒压驱动控制】 工作原理： 驱动系统的MCU下达驱动指令后，启动恒压芯片，直接给钛丝一个恒定的电压，驱动钛丝通电收缩，驱动机构完成执行动作。 MCU预先设定好了驱动时间，时间达到后，停止恒压芯片工作，钛丝的供电被断开，钛丝冷却恢复，驱动机构返回归位。 方案特点： （1）无软件门槛，硬件电路结构简单。 （2）驱动机构的响应时间稳定。 （3）对供电系统的负载较小。 注意事项 （1）需控制驱动机构和供电系统之间的连接线路阻值尽量小，否则可能会导致驱动机构供电电流不足。 （2）恒压驱动一般采用的DC TO DC芯片，如线性LDO、升压、降压等芯片，采用这类的驱动时需要注意，钛丝的奥氏体和马氏体转化过程中电阻值会变化，我们需要根据这2个电阻值重新核算钛丝的驱动电压范围，避免钛丝驱动电流过大或过小的问题。 我们回顾《表2钛丝电阻计算表》的电阻定律，带入马氏体或奥氏体的电阻率。 例如规格：∅0.15mm，长度100mm的钛丝，通过带入电阻率计算得： 奥氏体状态下的电阻值是5.66Ω 马氏体状态下的电阻值是4.53Ω 我们再通过《表3钛丝直线位移响应时间/电流关系计算表》的焦耳定律，将钛丝的两个状态的电阻值带入计算可以得到0.5S的响应时间如下： 奥氏体状态下的钛丝所需电流是519mA，电压2.94V。 马氏体状态下的钛丝所需电流是581mA，电压2.63V。 这里出现的电流偏差有72mA，电压偏差有0.31V,如果我们的电压设定在偏大或偏小的位置，容易造成驱动电流偏大或不足的问题。所以设定的电压建议设定在中间值。 注：文中案例是基于环境温度20度、相变温度100度的假设情形，实际应用需要结合《驱动钛丝（SMA）计算模型》灵活调整。 应用案例：无人售货机锁、快递柜锁、箱包锁、指纹锁、记事本锁等简易开合机构。 4 .【恒流驱动控制】 工作原理： 恒流驱动的工作原理和恒压相似，仅电路驱动和钛丝采用了串联的方式。 恒流驱动可以采用传统的模拟恒流，也可以采用集成度高的恒流芯片，或LED灯的驱动芯片，这些资源都非常的丰富。 方案特点： （1）无软件门槛，硬件电路结构简单，比较节能省电。 （2）驱动机构的响应时间比恒压驱动要相对稳定。 注意事项 需控制驱动机构和供电系统之间的连接线路阻值尽量小，否则可能会导致驱动机构供电电压不足。 应用案例：无人售货机锁、快递柜锁、箱包锁、指纹锁、记事本锁等简易开合机构。 5.【恒功驱动控制】 工作原理： 恒功控制是利用了焦耳定律的Q=I²Rt，热功率=电流²×电阻×时间。驱动系统的MCU下达驱动指令后，MCU发出可控的PWM波，驱动开关作用的MOS管工作。当开关管打开后，供电系统经过钛丝和开关MOS管，再经过电阻到地，完成钛丝的通电加热执行驱动。 在这个过程中，开关MOS管对地的电阻起到两个作用： （1）限流保护供电系统的稳定性 （2）将供电系统通过钛丝的电流转换成电压形式，经过电容滤波后反馈给MCU的ADC去计算其电流是否超标。当电流超标的情况下，MCU通过调整PWM的占空比来控制开关MOS管校正我们设计的功率。 方案特点： （1）驱动机构的响应时间和位移指标可通过软件精准调整。 （2）功耗更低，省电节能，可以用在功耗要求较高的场景。 （3）可拓展钛丝更多的功能应用。 注意事项 软件工程师需要了解钛丝驱动的热功方程、电阻定律、焦耳定律（参考本文第1节）。 应用案例：手机镜头防抖、云台防抖、机器人、无人机拓展功能、汽车风路控制、汽车流体控制。 下一节将说下驱动钛丝电路控制的【驱动保持控制】、【环境温度的补偿设计】、【温度闭环控制设计】、【任意定位驱动控制】、【矩阵式驱动控制】等，敬请期待。 为了让驱动钛丝在工业应用中切实落地，财哥制作整理了包括《财哥说钛丝视频》、《SMA常见电路控制方案》、《驱动钛丝（SMA）计算模型》、《驱动钛丝（SMA）常见结构模型》等系列资源供大家参考，欢迎大家的关注和交流，请点赞收藏转发！ 钛丝科技 出品 作者 财哥说钛丝

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Jacktang 发表于 2024-11-24 09:25 当环境温度偏差大于20°的区间，或超过了相变温度范围，往往会出现驱动温度偏低或驱动温度偏高的现象。 ... 我们只要做一个简单的电路设计和软件控制，就能处理好这个问题

回复了主题帖： 电驱动钛丝（SMA）的可靠性设计（7） 接触面设计

Jacktang 发表于 2024-11-22 07:33 本身这东西与模具设计和模具制造有很大关系的 是的，我们在设计的过程中经常会忽略这个问题，导致了不少人的实际应用不理想，甚至造成了巨大的经济损失！