原标题：设计节能电磁阀驱动器：设计实现

　　完整的内部SLG47105设计如图1所示。以下小节将解释此设计的每个部分。此设计是在 转到配置软件中心的 GreenPAK 设计器项目(设计文件为 可在此处获得).

　　OSC1

　　图显示了 OSC1 模块及其内部配置。OSC1 模块是为 PWM 控制器模块提供时钟信号的振荡器。时钟频率为 6.25 Mhz。此块始终处于打开状态。

　　图.OSC1 块信号和内部配置

　　OSC0

　　图  显示了 OSC0 模块及其内部配置。OSC0 为启动延迟模块和低频方波发生器提供时钟。

　　图.OSC0 块及其内部配置

　　启动延时块

　　图显示了用于启动延时功能的所有模块。此功能的主要模块是 CNT0/DLY0/FSMO 组件。其配置如图 4 所示。CNT0 将延迟反相 POR 信号近 2 毫秒，在此初始时间之后在 READY 信号连接中提高正边沿。需要此初始启动时间，以确保所有内部和外部组件(电源和电容器)已准备好正确驱动电源输出并调节电磁阀电流。

　　该模块控制连接到 S1 螺线管的功率晶体管。通电时，该块被停用。它由连接在 Sleep0 和 Sleep1 输入中的反相 POR 信号激活。引脚 8 的输出始终设置为通过连接在输入 IN1 中的相同反相 POR 信号激活推挽低端。但是，只有当连接到OE1输入的READY信号处于高电平时，输出晶体管才有效。引脚 7 的推挽输出完全由 PWM 控制器模块控制(其操作将在下面解释)。

　　此外，HVOUT CTRL 0 模块提供FAULT_A信号，以指示该功率输出中何时发生故障。

　　HVOUT CTRL 1 块的配置方式与 HVOUT CTRL 0 块相同。它的连接行为相似，目的相似。HVOUT CTRL 1 模块通过引脚 9 和 10 连接到 S2 电磁阀。该模块连接到PWM控制器2模块，并为其运行中的任何故障提供FAULT_B信号。

　　PWM 控制器和电流调节

　　显示了黄色框中的 PWM 控制器 1 模块。该模块由四个组件组成：PWM0、PWM 斩波器 0、CNT1/DLY1 和配置为 AND 门的 LUT(查找表)2-L1。这四个组件根据电流比较器 CCMP0 提供的信号调整螺线管 S1 的 PWM 输出。

　　左侧是PWM0模块的内部配置。PWM0模块产生具有死区时间的互补PWM。两个互补的PWM信号用于2-L1和端口，以启用/禁用高压GPO0输出。作为保护措施，HV GPO0在打开高边晶体管之前被禁用。PWM0模块的OUT+输出连接到PWM斩波器0，由电流比较器CCMP0信号斩波。PWM 斩波器 0 的消隐输入连接到 CNT1/DLY1。CNT1/DLY1 将为消隐时间输入产生 200 纳秒的短脉冲，从而实现最小的 PWM 导通时间。PWM 斩波器 0 的输出连接到高压输出 CTRL0 模块的 IN0 输入，控制高压 GPO0 的推挽输出。如图 6 所示， PWM0模块为电流比较器CCMP0提供动态基准。PWM0配置为使用寄存器文件数据来设置电流比较器的最大PWM和基准电压。仅使用两个值，第一个用于峰值电流，字节8，第二个用于保持电流，字节9。当PWM0输入占空比CLK中的正边沿升高时，将发生配置更改。

　　连接到PWM0模块输入端的组件如图7所示。这些组件是连接到PWM0的PWR DOWN输入的AND栅极，以及连接到PWM0占空比CLK输入的CNT3/DLY3。AND门用作S1开/关引脚信号的使能器。当READY信号处于高电平时，来自该引脚的信号可以在启动延迟时间之后立即打开PWM0模块。

　　AND 端口的输出打开 PWM0 模块，并在 IPEAK TIME 延迟组件中延迟 50 毫秒。该模块的延迟控制PWM将电磁阀电流调节到峰值的时间。在此之后，PWM0的占空比CLK输入产生一个正边沿，基准寄存器字节增加，从而改变电流比较器CCMP0的PWM值和基准电压。当SOL1_CMD处于高电平时，PWM0输出打开，当SOL1_CMD处于低电平时，PWM0输出立即关闭。

　　电流比较器CCMP0用于调节螺线管电流，该元件的配置如图8所示。电流比较器在内部将引脚5中的电压放大8(参见图8中的IN+增益)。

　　在设置基准电压进行比较时，必须考虑此乘法器因子。该组件通过反相 POR 信号导通，并且在 POR 后始终导通。CCMP0 的输入连接到 PWM0 CCMP0 VREF 输出。该输出将提供寄存器文件数据的字节 8 和 9 的基准电压源。

　　PWM控制器2的结构类似于PWM控制器1的结构。用于电流调节的寄存器字节为字节 0 和 1。PWM 控制器 2 的组件如图 10 所示。需要注意的是，PWM 控制器 1 和 PWM 控制器 2 中的电磁阀电流设置不同。当前的调节是独立的，PWM值也是独立的。

　　电磁阀状态指示和故障信号

　　图11显示了用于电磁阀状态指示和故障输出信号的组件。管道延迟分量用于生成 1Hz 方波信号。其配置如图 11 左侧所示。该组件对OSC0输出时钟进行分频以产生此方波信号。信号FAULT_A和FAULT_B是相应电磁阀 S1 和 S2 的故障信号。这些信号被记录下来以避免输出引脚中的毛刺。相应的引脚配置为漏极开路输出。连接到电磁阀状态指示灯的输出引脚配置为推挽输出。

　　I2C

　　I2C 在设计中保持活动状态，允许用户通过外部器件设置 PWM 值。没有内部信号连接到 I2C 模块，只有相应的外部引脚连接到它。

　　验证原型

　　图 显示了为测试此设计而构建的验证原型的图片。原型使用SLG47105 DIP板组装在面包板上。

　　图 12.验证原型

　　测试程序

　　原型测试程序包括按下相应的电磁阀按钮，然后验证以下内容：

　　柱塞运动和位置：电磁柱塞在驾驶员激活时必须被拉入。当柱塞处于活动状态时，驾驶员必须将柱塞保持在拉入位置。驾驶员必须将柱塞从其拉入位置松开，并在驱动器停用时将其返回到断电位置。

　　LED 指示灯：电磁阀停用后，其绿色 LED 指示灯必须熄灭。激活后，其绿色 LED 指示灯必须亮起。当相应的电磁阀输出出现故障(短路)时，电磁阀绿色指示灯必须以 1Hz 的频率闪烁。故障红色 LED 指示灯在出现故障时必须亮起，否则必须熄灭。

　　电流测量：必须测量最大峰值和保持电流，并应符合设计值。

　　为了测量通过螺线管的电流，我们在每个螺线管上串联了一个0.1Ω(0.1%)的小电阻。

　　通过该电阻的电压使用示波器的两个通道测量。使用的示波器是Hantek 6022BE。以安培为单位的电流将为：

　　电流测量摘要

　　表1显示了每个螺线管的计算和测量峰值和保持电流之间的比较。

　　表 1.测量电流和计算电流的比较。所有电流值均以 mA 为单位。

　　功率测量摘要

　　表2显示了每个螺线管的计算功率和测量功率(考虑测量的电流和标称电阻)之间的比较。

　　表 2.测量和计算的功耗比较。所有功率值均以 mW 为单位

　　表 3 显示了使用节能电磁阀驱动器实现的计算和测量的节能效果。此计算考虑了标称功耗。

　　表 3.计算和测量的节能比较

　　结论

　　本文展示了双节能电磁阀驱动器的实现。结果表明，驱动器可以为两个螺线管实现巨大的节能效果，具体取决于保持电流与峰值电流的比值。比率越高，省电效果越高。但是，重要的是要说该比率取决于应用。减小保持电流将减少维持柱塞拉入电磁阀的力。

　　讨论计算电流和测量电流比较中显示的结果非常重要(再次参见表1)。两个螺线管的保持电流误差均高于10%。通过对绝对和百分比电流误差的分析，可以说存在增益和失调误差的副作用。如表1所示，绝对误差随电流设定值的增加而增加，这是增益误差的信号。该增益误差可能与检测电阻精度的限制有关。但是，当电流降低到保持值时，百分误差的增加表明存在失调误差。这意味着几乎恒定的误差，这对于较低的值更为相关。失调误差似乎比增益误差更相关。不幸 无法确定此错误的来源。一些假设是SLG47105电流比较器中的错误或使用示波器进行的电流测量中的错误。

　　注：所有图片和表格均由瑞萨电子株式会社提供。

　　迈康·布鲁诺·霍夫曼 2008年毕业于圣卡塔琳娜州立大学电气和电子工程专业，并于2016年获得巴拉那联邦科技大学硕士学位。自2009年以来，他一直致力于嵌入式系统的硬件和固件开发。他的兴趣是电子、可配置设备、固件开发和数字信号处理领域。