【前言】

形狀記憶合金（Shape memory alloy, SMA），也叫形態記憶合金、鈦鎳記憶合金，它是由Ti（鈦）-Ni（鎳）材料組成，經過多道工序制成的絲，我們簡稱鈦絲，可以通過電路驅動鈦絲發生運動。相比于傳統的電機、電磁鐵動力，鈦絲是一種新型的動力元件。鈦絲驅動技術目前已經在航空航天、洲際導彈、無人機、手機、汽車、機器人等科技領域投入使用。本文通過分享、普及鈦絲驅動技術的可靠性設計，方便大家在機械電子工業設計等領域快速有效的轉化為科技成果。

第2節【鏡頭光圈模組】

今天應某位粉絲大佬要求特別定制一節，講講鏡頭光圈的設計案例、驅動思路和注意事項。

由于結構設計部分涉及到很多專利技術方面的問題，財哥不做具體分析。本節內容主要在驅動方案層面，提供一種設計思路，但不一定是市場主流設計思路。僅代表財哥個人觀點，供大家學習參考。

【模組系統組成】

SMA驅動技術應用在鏡頭光圈模組由驅動機構和驅動電路組成，驅動電路可以獨立集成在模組本體，亦可集成在主體的PCBA部分。

【驅動機構特性】

市面上現有的鏡頭光圈模組的驅動驅動機構一般采用偶數根鈦絲來驅動，這是為了考慮到運動力學的平衡性，使得機械光圈部分的開合過程更加的穩定流暢。當然也有單根鈦絲來驅動，這里暫不做說明。

財哥找到某公司的一款產品的結構案例圖片來展示，它采用2根鈦絲作為光圈的驅動動力源的在結構上做對稱性設計。

【驅動電路】

驅動電路方案可以有多種方式，最優解決方案是根據產品原有的PCBA和供電系統做兼容性的設計。

其核心原理就是通過系統控制，使得供電系統驅動兩根串聯起來的鈦絲，讓其同時做位移定位驅動。

我們可以采用恒流驅動的設計方案+鈦絲電阻反饋+環境溫度補償設計+電壓波動補償設計：

例1：恒流驅動的設計方案+鈦絲電阻反饋

我們通過對地下接參考電阻，給到運放，再通過單片機的ADC采樣參與閉環控制鈦絲的驅動位移量。

例2：環境溫度補償設計

我們通過NTC采樣來獲取環境溫度數據，給單片機做驅動電流的補償，使得不同環境溫度條件下的驅動的一致性。

例3：電壓波動補償設計

我們可以通過RC采樣和差分采樣的方式，獲得供電系統的電壓波動信息，消除，單片機的采樣誤差，做到精準定位驅動控制。

【電阻和位移的關系】

鈦絲的電阻值和驅動位移量可以理解為線性關系。

我們可以將鈦絲的電阻值劃分成所需要的分量，分量越多，精度越高，對單片機的精度要求也更高。

然后將鈦絲的驅動位移量劃分同樣的分量，其兩者的分量就一一對應上了。

例如：0.03mm線徑鈦絲長度68mm。

奧氏體電阻值：91.4Ω

馬氏體電阻值：81.8Ω

我們將其劃分為16分，17級，假設最大位移量是5%，我們把這5%劃分為同級數。

然后結合我們的恒流驅動電路，就可以得出鈦絲的監控反饋電壓值和驅動的位置對應關系。

【冗余設計】

財哥說鈦絲中提到的建議，我們有必要做冗余設計，這樣才能保證我們驅動的可靠性，同時降低我們的設計師的工作難度。

溫度和位移冗余，我們可以簡單的認為是砍掉上述17級當中的頭尾，滿足我們驅動的3.5%~4%的范圍即可。

【驅動電流和保持電流】

鈦絲的驅動電流和保持電流是不一樣的，其核心在于對流系數的問題，也就是對流散熱的問題。

這個問題雖然有公式能夠滿足我們的理論計算，但是這個差值區間非常的大，財哥建議我們在實際的產品中來做實驗獲取。

假如：空氣的對流系數從20-200不等，相差10倍。

0.03mm線徑鈦絲長度68mm。

假定對流系數是200（w/（mm2.k），我們帶入對流計算公式

假定對流系數是20（w/（mm2.k），我們帶入對流計算公式

這直接影響到了我們的所需驅動電流和保持電流。

驅動電流=驅動電流+對流電流

保持電流=對流電流

【奧斯體和馬氏體的滯后】

我們除了需要做流熱量損失補償設計，還需考慮到給鈦絲加熱到驅動形變后，冷卻恢復到某個位置，其中有約20°的溫差現象。

這個溫差現象直接影響到我們的驅動控制的響應時間，同時這個響應時間直接和對流系數相關。

例如：我們從4%驅動到3.9%位置，需要等待20°的冷卻時間，這個時候我們需要納入對流系數值，通過反推導財哥的公式得到這個響應時間。

保持電流為0時，響應最快，但不一定是最均衡的，因為光圈的調節響應速度、聚焦和光線強弱變化匹配。我們需要根據我們的實際情況來增減位移驅動過程的保持電流，讓鈦絲在穩定的速度做位移控制。

大家可以參考財哥說鈦絲的第2章節和第6章節。

【驅動位移和壽命】

我們的光圈調節次數壽命和我們產品標定的壽命需要合適的匹配。

鈦絲的驅動控制會伴隨著次數的增加，驅動位移量減小，這也體現在前面提到的冗余設計中的位移量和電阻值的微妙變化。

大家可以結合財哥說鈦絲的第5章節，結合冗余設計中的情況，定期做效驗設計。

希望本章節可以對感興趣的朋友帶來一些啟發，歡迎大家的關注和交流，也歡迎大家一起來合作開發，請點贊收藏轉發！

審核編輯 黃宇

鈦絲科技 出品

作者財哥說鈦絲