高精度高邊檢流放大器監(jiān)測(cè)PWM負(fù)載電流

　　電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)系統(tǒng)中的電流檢測(cè)

　　EPS不同于傳統(tǒng)的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它沒有液壓泵或液體。而是將一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)安裝在轉(zhuǎn)向齒條上。駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向傳感器檢測(cè)方向盤的位置和轉(zhuǎn)速。該信息與來(lái)自安裝在轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向扭矩傳感器輸入一起送至助力轉(zhuǎn)向控制模塊。為了確定所需要的轉(zhuǎn)向助力，控制模塊接受來(lái)自于車速傳感器、牽引力控制和穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的輸入(圖1)。

　　圖1. 典型EPS系統(tǒng)的簡(jiǎn)化方框圖

　　與動(dòng)力模塊的接口允許控制模塊調(diào)節(jié)電機(jī)電流。增大電機(jī)電流則增大助力，反之亦然。電機(jī)電流往往通過(guò)采用H橋電路(圖2)送入脈寬調(diào)制(PWM)電壓進(jìn)行控制。以下的真值表(表1)匯總了H橋電路的不同工作模式。電機(jī)表現(xiàn)為感性負(fù)載，所以通過(guò)平均產(chǎn)生的脈動(dòng)電流確定扭矩—為駕駛員提供最終助力。

　　圖2. 該H橋的4個(gè)柵極信號(hào)相位決定電機(jī)的方向和速度

　　表1. H橋真值表Φ1A Φ1B Φ2A Φ2B Condition

　　ON ON OFF OFF The motor is powered between VBAT and ground and its current IM increases and flows as indicated by the arrow.

　　OFF ON OFF ON The current IM flows as shown by the arrow, but decreases and circulates through Φ1B, Φ2B, and the sense resistor.

　　OFF OFF ON ON The motor is powered between VBAT and ground, and its current IM increases and flows in a direction opposite to the arrow.

　　OFF ON OFF ON The current IM flows in a direction opposite to the arrow. It also decreases and circulates through Φ2B, Φ1B, and the sense resistor.

　　電流測(cè)量器件檢測(cè)電機(jī)電流并向控制模塊提供實(shí)時(shí)反饋，使該模塊調(diào)節(jié)PWM占空比，直到電流達(dá)到其目標(biāo)值。測(cè)量電機(jī)電流的常用方法是與電流通路串聯(lián)一個(gè)低值檢測(cè)電阻，該電阻上產(chǎn)生一個(gè)小壓降。該差分電壓被電流檢測(cè)放大器放大，表示電流幅值。

　　電流檢測(cè)提供三個(gè)選項(xiàng)：低邊、高邊和電機(jī)上。相對(duì)應(yīng)地，可將檢測(cè)電阻置于H橋和地之間(低邊電流檢測(cè))、直流總線基部或電池正極端子和H橋之間(高邊電流檢測(cè))，或者直流總線的高邊或電機(jī)本身(輸出電機(jī)PWM電流檢測(cè))。需要對(duì)這些替代方案進(jìn)行不同的折中。低邊方法比較方便，但是在接地回路增加了所不希望的電阻，并且它缺少檢測(cè)對(duì)地短路故障的診斷能力。無(wú)論是高邊還是低邊方法，都能夠持續(xù)監(jiān)測(cè)二極管中的電流。然而，PWM電流檢測(cè)沒有這些缺點(diǎn)。

　　PWM電流測(cè)量電路可能看起來(lái)簡(jiǎn)單，但是它所需的性能參數(shù)卻非比尋常。電路必須處理從地到電池電壓之間的滿擺幅共模電壓。所以，為了抑制共模電壓偏移，電路不僅必須具有與該擺幅對(duì)應(yīng)的高輸入電壓范圍，而且必須在開關(guān)頻率及擺率引起的相關(guān)頻率處具有出色的CMRR。

　　共模瞬態(tài)和PWM信號(hào)的最小占空比也對(duì)電流檢測(cè)放大器的建立時(shí)間提出了苛刻要求。為了獲得高精度和線性響應(yīng)，電流測(cè)量電路必須具有高增益、高精度，以及低失調(diào)電壓。由于人工干預(yù)是控制環(huán)路的一部分，所以線性度和精度尤其關(guān)鍵。電路中的任何非線性都會(huì)造成車輛在轉(zhuǎn)向過(guò)度時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)或振動(dòng)，從而影響駕駛體驗(yàn)。

　　在圖3所示的電機(jī)電流控制和測(cè)量電路中，電機(jī)連接為H橋配置，由于所加電壓極性很容易反接，使其能夠向任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。所示IC能夠承受的共模電壓從-20V至+75V，使其不受感性負(fù)載、拋負(fù)荷瞬態(tài)電壓及電池反接故障的影響。器件還集成了測(cè)量放大器，擁有專利的直流反饋架構(gòu)提供精密電流檢測(cè)，輸入失調(diào)電壓為400µV (最大)，增益誤差為0.6% (最大)。外部基準(zhǔn)電壓支持H橋所需的雙向電流檢測(cè)，以及工作于半橋H橋電路時(shí)的單向電流檢測(cè)。雙向應(yīng)用中，當(dāng)檢測(cè)電壓為零時(shí)，輸出電壓等于基準(zhǔn)電壓?？烧{(diào)增益和固定增益方式使該部件能夠在各種應(yīng)用中都具有最大靈活性。

　　圖3. PWM兼容的H橋電流檢測(cè)電路