EPS不同於傳統的助力轉向係統，它沒有液壓泵或液體。而是將一個電動機通過齒輪機構安裝在轉向齒條上。駕駛員轉動方向盤時，轉向傳感器jiancefangxiangpandeweizhihezhuansu。gaixinxiyulaizianzhuangzaizhuanxiangzhoushangdezhuanxiangniujuchuanganqishuruyiqisongzhizhulizhuanxiangkongzhimokuai。weilequedingsuoxuyaodezhuanxiangzhuli，kongzhimokuaijieshoulaiziyuchesuchuanganqi
、牽引力控製和穩定性控製係統的輸入(圖1)。

 

圖1. 典型EPS係統的簡化方框圖

 

與動力模塊的接口允許控製模塊調節電機電流。增大電機電流則增大助力，反之亦然。電機電流往往通過采用H橋電路(圖2)送入脈寬調製(PWM)電壓進行控製。以下的真值表(表1)彙總了H橋電路的不同工作模式。電機表現為感性負載，所以通過平均產生的脈動電流確定扭矩—為駕駛員提供最終助力。

 

圖2. 該H橋的4個柵極信號相位決定電機的方向和速度

 

表1. H橋真值表

 

電流測量器件檢測電機電流並向控製模塊提供實時反饋，使該模塊調節PWMzhankongbi
，zhidaodianliudadaoqimubiaozhi。celiangdianjidianliudechangyongfangfashiyudianliutongluchuanlianyigedizhijiancedianzu，gaidianzushangchanshengyigexiaoyajiang。gaichafendianyabeidianliujiancefangdaqifangda
，biaoshidianliufuzhi。

 

電流檢測提供三個選項：低邊、高邊和電機上。相對應地
，可將檢測電阻置於H橋和地之間(低邊電流檢測)
、直流總線基部或電池正極端子和H橋之間(高邊電流檢測)
，或者直流總線的高邊或電機本身(輸出電機PWM電流檢測)。需xu要yao對dui這zhe些xie替ti代dai方fang案an進jin行xing不bu同tong的de折zhe中zhong。低di邊bian方fang法fa比bi較jiao方fang便bian，但dan是shi在zai接jie地di回hui路lu增zeng加jia了le所suo不bu希xi望wang的de電dian阻zu，並bing且qie它ta缺que少shao檢jian測ce對dui地di短duan路lu故gu障zhang的de診zhen斷duan能neng力li。無wu論lun是shi高gao邊bian還hai是shi低di邊bian方fang法fa

，都dou能neng夠gou持chi續xu監jian測ce二er極ji管guan中zhong的de電dian流liu。然ran而er，PWM電流檢測沒有這些缺點。

 

PWM電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)電(dian)路(lu)可(ke)能(neng)看(kan)起(qi)來(lai)簡(jian)單(dan)，但(dan)是(shi)它(ta)所(suo)需(xu)的(de)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)卻(que)非(fei)比(bi)尋(xun)常(chang)。電(dian)路(lu)必(bi)須(xu)處(chu)理(li)從(cong)地(di)到(dao)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)之(zhi)間(jian)的(de)滿(man)擺(bai)幅(fu)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)。所(suo)以(yi)，為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)偏(pian)移(yi)，電(dian)路(lu)不(bu)僅(jin)必(bi)須(xu)具(ju)有(you)與(yu)該(gai)擺(bai)幅(fu)對(dui)應(ying)的(de)高(gao)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)，而(er)且(qie)必(bi)須(xu)在(zai)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)及(ji)擺(bai)率(lv)引(yin)起(qi)的(de)相(xiang)關(guan)頻(pin)率(lv)處(chu)具(ju)有(you)出(chu)色(se)的(de)CMRR。

 

共模瞬態和PWM信號的最小占空比也對電流檢測放大器的建立時間提出了苛刻要求。為了獲得高精度和線性響應
，電流測量電路必須具有高增益、高(gao)精(jing)度(du)，以(yi)及(ji)低(di)失(shi)調(tiao)電(dian)壓(ya)。由(you)於(yu)人(ren)工(gong)幹(gan)預(yu)是(shi)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)，所(suo)以(yi)線(xian)性(xing)度(du)和(he)精(jing)度(du)尤(you)其(qi)關(guan)鍵(jian)。電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)任(ren)何(he)非(fei)線(xian)性(xing)都(dou)會(hui)造(zao)成(cheng)車(che)輛(liang)在(zai)轉(zhuan)向(xiang)過(guo)度(du)時(shi)產(chan)生(sheng)擺(bai)動(dong)或(huo)振(zhen)動(dong)，從(cong)而(er)影(ying)響(xiang)駕(jia)駛(shi)體(ti)驗(yan)。

 

在圖3所示的電機電流控製和測量電路中
，電機連接為H橋配置，由於所加電壓極性很容易反接，使其能夠向任一方向轉動。所示IC能夠承受的共模電壓從-20V至+75V，使其不受感性負載、拋負荷瞬態電壓及電池反接故障的影響。器件還集成了測量放大器，擁有專利的直流反饋架構提供精密電流檢測，輸入失調電壓為400µV (最大)
，增益誤差為0.6% (最大)。外部基準電壓支持H橋所需的雙向電流檢測，以及工作於半橋Hqiaodianlushidedanxiangdianliujiance。shuangxiangyingyongzhong，dangjiancedianyaweilingshi，shuchudianyadengyujizhundianya。ketiaozengyihegudingzengyifangshishigaibujiannenggouzaigezhongyingyongzhongdoujuyouzuidalinghuoxing。

 

圖3. PWM兼容的H橋電流檢測電路

 

 

螺luo線xian管guan被bei作zuo為wei汽qi車che中zhong的de機ji電dian開kai關guan廣guang泛fan應ying用yong。例li如ru
，標biao準zhun螺luo線xian管guan為wei啟qi動dong電dian機ji提ti供gong大da電dian流liu驅qu動dong，啟qi動dong發fa動dong機ji。然ran而er，多duo種zhong汽qi車che控kong製zhi係xi統tong采cai用yong螺luo線xian管guan驅qu動dong進jin行xing精jing密mi控kong製zhi。例li如ru
，鐵tie路lu上shang使shi用yong的de柴chai油you機ji係xi統tong依yi靠kao螺luo線xian管guan作zuo為wei精jing密mi的de電dian子zi控kong製zhi閥fa，它ta將jiang正zheng確que的de油you量liang直zhi接jie噴pen射she至zhi發fa動dong機ji的de每mei個ge高gao壓ya汽qi缸gang。這zhe些xie閥fa門men的de定ding時shi由you發fa動dong機ji控kong製zhi單dan元yuan精jing密mi控kong製zhi，確que保bao與yu柴chai油you發fa動dong機ji同tong步bu。這zhe樣yang就jiu能neng形xing成cheng相xiang對dui“綠色”的發送機，噪聲更低，排放更少
，更具燃油效率。螺線管控製的其它應用包括自動變速、傳動控製
、製動控製以及主動懸掛。 

 

高邊開關通常為FET，其柵極由PWM信號控製(圖4)。FET導通時，它將螺線管連接至14V電池電壓，產生電流，對螺線管線圈充電；FET截止時，螺線管通過箝位二極管和分流電阻放電。PWM頻率和占空比的調節決定螺線管中的平均脈動電流

，進而控製施加至執行器的力。

 

圖4. 圖中典型的螺線管驅動電流采用高邊分流

 

為了調節PWM頻率和占空比而檢測螺線管電流的挑戰與H橋應用中類似。電流檢測放大器輸入處的共模電壓範圍從電池電壓低至略為負值水平(箝位二極管的壓降)。典型螺線管需要幾個安培的電流，所以能承受這一電流的箝位二極管所呈現的正向偏壓高於1V。

 

同樣，電流檢測放大器的寬輸入共模範圍和響應共模變動的快速建立時間非常適合於該項應用。該應用與H橋的主要區別是螺線管電流流動的方向總相同，因此電流檢測放大器僅需是單向(MAX9918的基準輸入(REFIN)連接至地時，即變為單向電流檢測放大器)。

 

 

圖5所示為作為實驗室原型的螺線管典型應用電路。用2mH電感模擬螺線管，1.6Ω低ESR。檢測電阻為100mΩ，15Ω的R4將螺線管最大電流限製為：

 

 IMAX = VBAT/(RSENSE + ESR + R4) = 12V/(0.1 + 1.6 + 15)Ω = 0.72A

 

(注意
，實際螺線管電路中沒有R4。) 

 

該最大電流值為電感完全充電時達到的理論限值。圖中所示的電阻和電感值將電路時間常數設定為大約0.12ms
，相當於大約8.3kHz。外部電阻R1 = 1kΩ和R2 = 79kΩ設定的增益為80。

 

圖5. 該螺線管驅動電流為實驗原型

 

采用PWM頻率5kHz
、占空比分別為80% (圖6)和50% (圖7)的波形
，說明圖5所示電路的工作。頂部波形為R4的電壓
，與電感通過的電流成比例。中間波形為電流檢測放大器的輸出，底部波形所示為PFET漏極的PWM信號。占空比越大，產生的電流越大，與預期相符。

 

圖6. 來自於圖5電路的波形
，采用5kHz PWM頻率，80%占空比(頂部波形為R4電壓，中間波形為電流檢測放大器的輸出，底部波形為pFET柵極的PWM信號)。

 

圖7. 來自於圖5電路的波形，采用5kHz PWM頻率
，50%占空比(頂部波形為R4電壓，中間波形為電流檢測放大器的輸出
，底部波形為pFET柵極PWM信號)。

 

綜上所述，利用高精度

、高壓、高邊電流檢測放大器，例如MAX9918，能夠以較小的檢測電阻進行精密測量。它能夠處理EPS等係統中常見的H橋驅動雙向電機電流
，以及自動變速、傳動控製、製動控製和主動懸掛中常見的單相螺線管電流。 

 

本文來源於Maxim。