所有電源系統(tǒng)的目的都無外乎維持高水平的連續(xù)供電能力,并在出現(xiàn)非正常工況時,盡可能減低其影響與斷電時間。通常為了保護電源避免受到人為或非人為的損害,會使用一些設備來保護電氣設備,比如螺線管,繼電器。這一類接電裝置通過線圈通電,連接受保護設備的電源。
螺線管線圈想必大家都不陌生,它通過電磁感應來工作。對于如何驅(qū)動螺線管,其實電壓驅(qū)動和電流驅(qū)動都是可行的,只是如果選擇電壓驅(qū)動需要額外進行超裕度設計。因此對于絕大多數(shù)螺線管器件來說,電流驅(qū)動可能是更好的一種驅(qū)動方式。
最為傳統(tǒng)的驅(qū)動螺線管方式是通過MCU的GPIO來驅(qū)動。這種方式到現(xiàn)在已經(jīng)不太有驅(qū)動系統(tǒng)會采用了,目前一般使用PWM,通過占空比控制電流這種驅(qū)動方式,較之傳統(tǒng)方式,該驅(qū)動方式在功耗上會更勝一籌,也是目前主流驅(qū)動芯片廠商普遍采用的螺線管驅(qū)動方式,很多廠商已經(jīng)不做最傳統(tǒng)的驅(qū)動方式了,畢竟功耗確實是高太多。
TI螺線管驅(qū)動芯片
TI就是完全摒棄了基于MCU的GPIO驅(qū)動這種方式,目前TI的螺線管驅(qū)動僅支持PWM模式,同時具有故障診斷選項的串行控制。TI意圖通過使用單個器件來處理多個繼電器,螺線管這些接電裝置。
DRV8860就是串行控制下具有開路負載檢測功能的四螺線管驅(qū)動,嚴格上來說它屬于8通道低邊驅(qū)動器,有8個具有過流保護功能的N MOSFET。首先它可以配置100%的占空比輸出時間,并可以配置PWM占空比,也就是我們上面所說的通過PWM,改變PWM占空比來控制電流驅(qū)動。
DRV8860的一個特色就是電流驅(qū)動能力強且持久。上面提到,它屬于8通道的驅(qū)動,在單通道PW和PWP下的電流能力為560mA,8通道全開PW為200mA,PWP為330mA,而且還可以并聯(lián)配置。電流驅(qū)動能力隨著PWM占空比的降低而增加。
除了在DRV8860上通過一個串口來控制輸出,也可通過串口來配置加電時間和保持PWM占空比。這種功能能做到比傳統(tǒng)的始終開啟解決方案更低的運行溫度。穩(wěn)定高效的電流能力以及更低的功耗,這也是為何TI放棄傳統(tǒng)驅(qū)動方式只做PWM螺線管驅(qū)動的原因。
NXP螺線管驅(qū)動芯片
NXP的PT2001不同于TI的DRV8860屬于低邊驅(qū)動器,它是用于精密螺線管控制應用的可編程柵極驅(qū)動器。PT2001集成了四個用于控制的微核、五個外部MOSFET高側(cè)預驅(qū)動器、七個外部MOSFET低側(cè)預驅(qū)動器、一個DC-DC轉(zhuǎn)換器。
PT2001可編程的體系結(jié)構(gòu)擁有極高的靈活度,通過四個經(jīng)過優(yōu)化專用微處理器內(nèi)核控制功率MOSFET,延遲時間短。這種高靈活度也必然讓該驅(qū)動IC有著很高的集成度,在接口設計上PT2001都是盡可能減少外部組件。
在電氣性能上,PT2001的預驅(qū)動電壓高達72V。在五個外部MOSFET高側(cè)預驅(qū)動器上,有高達100 KHz的驅(qū)動PWM能力,七個外部MOSFET低側(cè)預驅(qū)動器上也有同樣高的PWM驅(qū)動能力。PT2001的可編程微內(nèi)核可以實現(xiàn)靈活的電流管理,并對螺線管參數(shù)進行并行和獨立的控制,這是一個很有特色的地方。
iC-Haus螺線管驅(qū)動芯片
iC-Haus螺線管驅(qū)動最大的優(yōu)勢—降低功耗。iC-Haus螺線管驅(qū)動器芯片能降低繼電器和電磁閥最多50%的功耗。
iC-Haus螺線管驅(qū)動系列均采用了PWM模式的螺線管驅(qū)動,有iC-GE和iC-JE兩個大系列。GE系列里有寬電壓和普通電壓兩個型號。既然說到iC-Haus最厲害的在于降低功耗,那就從JE這個節(jié)能型號來看看它如何節(jié)能。
JE的線圈電流的設定值在外部電阻器的幫助下預設,可為通電模式設置60至300 mA,然后在保持模式下自動降至該值的2/3(40至200 mA)。通電和保持模式之間的轉(zhuǎn)換適用于需要強大初始通電電流的螺線管驅(qū)動,該電流可在閉合磁路后減小。這種工作模式對電流強度的二次依賴性意味著通過電流的這種降低,系統(tǒng)的功耗減少了一半。這也是功耗降低如此明顯的原因。
其他的電氣性能諸如預驅(qū)動PWM電壓這些常規(guī)參數(shù)都屬于行業(yè)高水平,比起50%功耗降低這一絕對優(yōu)勢這些領先可以不提。
小結(jié)
可以看出,老舊的MCU GPIO驅(qū)動模式已經(jīng)被主流廠商淘汰,在螺線管驅(qū)動上均選擇了PWM模式的電流驅(qū)動。驅(qū)動模式確定后,使用者如何選擇就取決于應用場景是需要穩(wěn)定高效的電流驅(qū)動能力還是更低的功耗了。
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原文標題:PWM控制螺線管驅(qū)動能玩出怎樣的效果?
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