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功率电感:高精度高边检流放大器监测PWM负载电流(二)

来源:    作者:     发布时间:2014-11-18 19:26:34     点击数:
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    电流测量器件检测电机电流并向控制模块提供实时反馈,使该模块调节PWM占空比,直到功率电感电流达到其目标值。测量电机电流的常用方法是与电流通路串联一个低值检测电阻,该电阻上产生一个小压降。该差分电压被电流检测放大器放大,表示电流幅值。

  电流检测提供三个选项:低边、高边和电机上。相对应地,可将检测电阻置于H桥和地之间(低边电流检测)、直流总线基部或电池正极端子和H桥之间(高模压电感生产商边电流检测),或者直流总线的高边或电机本身(输出电机PWM电流检测)。需要对这些替代方案进行不同的折中。低边方法比较方便,但是在接地回路增加了所不希望的电阻,并且它一体电感缺少检测对地短路故障的诊断能力。无论是高边还是低边方法,都能够持续监测二极管中的电流。然而,PWM电流检测没有这些缺点。

  PWM电流贴片电感生产厂测量电路可能看起来简单,但是它所需的性能参数却非比寻常。电路必须处理从地到电池电压之间的满摆幅共模电压。所以,为了抑制共模电压偏移,电路不仅必须具有与该摆幅对应的高输入电压范围,而且必须在开关频率及摆率引起的相关频率处具有出色的CMRR.

  共模瞬态和PWM信号的最小占空比也对电流检测放大器的建立时间提出了苛刻要求。为了获得高精度和线性响应,电流测量电路必须具有高增益、高精度,以及低失调电压。由于人工干预是控制环路的一部分,所以线性度和精度尤其关键。电路中的任何非线性都会造成车辆在转向过度时产生摆动或振动,从而影响驾驶体验。

  在图3所示的电机电流控制和测量电路中,电机连接为H桥配置,由于所加电压极性很容易反接,使其能够向任一方向转动。所示IC能够承受的共模电压从-20V至+75V,使其不受感性负载、抛负荷瞬态电压及电池反接故障的影响。器件还集成了测量放大器,拥有专利的直流反馈架构提供精密电流检测,输入失调电压为400?V (最大),增益误差为0.6% (最大)。外部基准电压支持H桥所需的双向电流检测,以及工作于半桥H桥电路时的单向电流检测。双向应用中,当检测电压为零时,输出电压等于基准电压。可调增益和固定增益方式使该部件能够在各种应用中都具有最大灵活性。

 

图3. PWM兼容的H桥电流检测电路

  螺线管驱动电流检测

  螺线管被作为汽车中的机电开关广泛应用。例如,标准螺线管为启动电机提供大电流驱动,启动发动机。然而,多种汽车控制系统采用螺线管驱动进行精密控制。例如,铁路上使用的柴油机系统依靠螺线管作为精密的电子控制阀,它将正确的油量直接喷射至发动机的每个高压汽缸。这些阀门的定时由发动机控制单元精密控制,确保与柴油发动机同步。这样就能形成相对“绿色”的发送机,噪声更低,排放更少,更具燃油效率。螺线管控制的其它应用包括自动变速、传动控制、制动控制以及主动悬挂。

  高边开关通常为FET,其栅极由PWM信号控制(图4)。FET导通时,它将螺线管连接至14V电池电压,产生电流,对螺线管线圈充电;FET截止时,螺线管通过箝位二极管和分流电阻放电。PWM频率和占空比的调节决定螺线管中的平均脉动电流,进而控制施加至执行器的力。

 

图4. 图中典型的螺线管驱动电流采用高边分流


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