【導讀】螺luo線xian管guan既ji可ke作zuo為wei換huan能neng器qi，也ye可ke用yong作zuo繼ji電dian器qi
，是shi一yi種zhong廣guang泛fan應ying用yong的de綜zong合he性xing機ji電dian元yuan件jian，如ru今jin已yi在zai大da多duo數shu汽qi車che中zhong用yong來lai調tiao整zheng液ye壓ya油you流liu過guo自zi動dong變bian速su器qi的de流liu量liang，或huo用yong於yu操cao縱zong為wei啟qi動dong發fa動dong機ji供gong能neng的de大da電dian流liu開kai關guan。本ben文wen中zhong討tao論lun螺luo線xian管guan的de內nei部bu架jia構gou
，概gai述shu控kong製zhi螺luo線xian管guan裝zhuang置zhi的de應ying用yong電dian路lu，並bing係xi統tong介jie紹shao了le節jie電dian型xing驅qu動dong器qi的de設she計ji要yao領ling。

摘要 

螺luo線xian管guan既ji可ke作zuo為wei換huan能neng器qi
，也ye可ke用yong作zuo繼ji電dian器qi，是shi一yi種zhong廣guang泛fan應ying用yong的de綜zong合he性xing機ji電dian元yuan件jian，如ru今jin已yi在zai大da多duo數shu汽qi車che中zhong用yong來lai調tiao整zheng液ye壓ya油you流liu過guo自zi動dong變bian速su器qi的de流liu量liang，或huo用yong於yu操cao縱zong為wei啟qi動dong發fa動dong機ji供gong能neng的de大da電dian流liu開kai關guan。本ben文wen中zhong討tao論lun螺luo線xian管guan的de內nei部bu架jia構gou，概gai述shu控kong製zhi螺luo線xian管guan裝zhuang置zhi的de應ying用yong電dian路lu，並bing係xi統tong介jie紹shao了le節jie電dian型xing驅qu動dong器qi的de設she計ji要yao領ling。

螺(luo)線(xian)管(guan)電(dian)磁(ci)閥(fa)是(shi)一(yi)種(zhong)機(ji)電(dian)執(zhi)行(xing)器(qi)，其(qi)稱(cheng)為(wei)活(huo)塞(sai)的(de)磁(ci)芯(xin)可(ke)在(zai)電(dian)磁(ci)閥(fa)內(nei)自(zi)由(you)移(yi)動(dong)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，螺(luo)線(xian)管(guan)由(you)一(yi)個(ge)螺(luo)旋(xuan)形(xing)線(xian)圈(quan)和(he)一(yi)個(ge)由(you)鐵(tie)製(zhi)成(cheng)的(de)移(yi)動(dong)鐵(tie)芯(xin)活(huo)塞(sai)組(zu)成(cheng)。

當(dang)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)螺(luo)線(xian)管(guan)線(xian)圈(quan)時(shi)，螺(luo)線(xian)管(guan)內(nei)會(hui)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)。該(gai)磁(ci)場(chang)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)力(li)，將(jiang)活(huo)塞(sai)拉(la)入(ru)。當(dang)磁(ci)場(chang)產(chan)生(sheng)足(zu)夠(gou)的(de)力(li)來(lai)拉(la)動(dong)活(huo)塞(sai)時(shi)，活(huo)塞(sai)會(hui)在(zai)電(dian)磁(ci)閥(fa)內(nei)移(yi)動(dong)，直(zhi)至(zhi)到(dao)達(da)機(ji)械(xie)停(ting)止(zhi)位(wei)置(zhi)。當(dang)活(huo)塞(sai)移(yi)入(ru)電(dian)磁(ci)閥(fa)內(nei)後(hou)
，磁(ci)場(chang)僅(jin)需(xu)產(chan)生(sheng)將(jiang)活(huo)塞(sai)固(gu)定(ding)到(dao)位(wei)的(de)力(li)。當(dang)電(dian)磁(ci)閥(fa)線(xian)圈(quan)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)消(xiao)失(shi)時(shi)，活(huo)塞(sai)將(jiang)在(zai)螺(luo)線(xian)管(guan)電(dian)磁(ci)閥(fa)中(zhong)彈(dan)簧(huang)的(de)推(tui)動(dong)下(xia)，返(fan)回(hui)其(qi)原(yuan)始(shi)位(wei)置(zhi)。圖(tu)1所示為螺線管架構。

圖1：螺線管架構示意圖。

qudongdiancifadezuichangjianfangfashizaidiancifaxianquanzhongshijiasuoxudianya。zhetongchangkeyiliyongpeizhizaigaocehuodicededangegonglvjingtiguanlaishixian。youyuluoxianguanxianquandedianganhenda，gonglvjingtiguanxuyaoyigefeilunerjiguanyuluoxianguanbinglian，yibianjiangdianliutuirujingtiguan。jinguanzhezhongfangfajiandanqiechengbendi，dangonglvxiaolvtaidi。zheshiyinweiluoxianguandiancifatongchangxuyaohendadianliucainengjianghuosailaru
，dandanghuosaibeilaruhou，jiubuzaixuyaozhemedadedianliu。zaijiandandequdongqifangfazhong，danghuosaibeilarubingshihuosaichuyubaochizhuangtaishi，shijiazailuoxianguandiancifashangdedianliugonglv，zhuyaotongguoqineizuchanshengreliangerhaosandiaole。neibuluoxianguandianzuzhonghaosangonglvkeyououmudinglvgongshigeichu。

jiejueciwentidelingyizhongfangfa
，shiliyongdianliutiaojiequdongqilaijihuoheguanbidiancifa。gaiqudongqikeyizailuoxianguandiancifazhongshijiayigefengzhidianliu，laruhuosai
，ranhou，zaibadianliujiangdidaohuosaibaochisuoxudaxiao。cicelvedadajiangdileluoxianguanneizugonghao。zhezhongqudongqidelingyigeyoudianshi，keyizaijiaodadedianyafanweineiliyongluoxianguandiancifa。zheyiweizhequdongqiyunxuluoxianguanyuanshejiyongyujiaodidianya(例如5V)的電磁閥
，在較高電源電壓(比如12V電源)條件下工作亦不會損壞。

以下將介紹如何利用SLG47105 HVPAK器件，來實現用於兩個電磁閥的電流調節驅動器。

GreenPAK設計概念

利用單個SLG47105器件可以同時驅動兩個不同的電磁閥。SLG47105器件將控製通過螺線管電磁閥的電流，並將每個電磁閥的狀態(打開、關閉或故障狀態)通知用戶。圖2顯示了其內部架構的概念框圖。

圖2：利用SLG47105實現的節能型螺線管電磁閥驅動器框圖。資料來源：瑞薩

圖的右上角為高壓輸出(HVOUT)區塊的內部配置及其與外部電磁閥的連接。連接到Pin7的輸出配置為推挽式，連接到Pin8的輸出配置成開路漏極。開路漏極輸出在啟動延遲後始終保持開啟。Pin5內部連接到Pin8的N-Mosfet和內部電流放大器。Pin5用於測量螺線管電磁閥電流，將其與內部基準進行比較
，並將比較結果發送到PWM控製器1。

PWM控製器1模塊生成所需的PWM信號
，調節連接到Pin7和Pin8的螺線管電流。它有兩個設定點，一個是螺線管峰值電流，另一個是螺線管保持電流。PWM控製器的開/關輸入由其左側的AND端口激活。AND端口連接至啟動延遲和Pin2，用作打開和關閉螺線管電磁閥的外部接口。

連接到AND端口的啟動延遲模塊用於確保所有內部模塊在IC通電時能夠正確初始化。AND端口的輸出連接到另一個延遲模塊。當PWM控製器打開時，它被配置為將螺線管電流調節在其峰值電流值上。延遲50毫秒後，延遲模塊切換PWM配置，以將螺線管電流調節到保持電流值。

PWM控製器1模塊的開/關輸入也連接到多路複用器的一個輸入端。另一個多路複用器輸入連接到一個頻率為1赫茲的方波信號上。多路複用器輸出由HVOUT模塊中的FAULT信號控製。當FAULT(故障)信號顯示沒有任何故障時，On/Off(接通/斷開)輸入緩衝通過Pin17
，即電磁閥1狀態輸出。而當FAULT信號顯示有故障時，方波信號在該輸出端被驅動。電磁閥1狀態輸出用來驅動外部LED，並為用戶顯示螺線管電磁閥狀態。該狀態可以點亮
、熄滅、或在處於故障狀態時，LED以方波輸出頻率閃爍。

Pin14提供了一個附加FAULT(故障)輸出作為開路漏極輸出。該輸出用於驅動外部設備，如微控製器。

圖2中
，PWM控製器1下方是PWM控製器2。PWM控製器2外圍的控製架構與PWM控製器1類似。

兩個FAULT(故障)輸出可以與外部連接，因為它們是漏極開路輸出，如果其中一路輸出有問題，另一個還可為外部設備提供FAULT信號。

另一個模塊是I2C；用於峰值電流和保持電流的再配置。

應用電路

圖3所示為本文使用的典型應用電路。

圖3：典型應用電路的簡化原理圖。資料來源：瑞薩

圖3所示為驅動兩個不同電磁閥(標識為S1和S2)的典型應用簡化示意圖。如圖所示，驅動器由連接到5伏電源的兩個按鍵控製。電磁閥與一個0.1Ω的小電阻器分別連接到各自的HVOUT輸出。此電阻器用於對通過電磁閥的電流進行外部測量
，終端應用不需要此電阻器。對於SLG47105電流測量，兩個0.11Ω的電阻器連接到Pin5和Pin12。電磁閥狀態輸出連接到綠色LED，故障輸出連接到紅色LED。

本文使用兩個完全不同規格的螺線管電磁閥。表1顯示了電磁閥S1和S2的主要參數。

表1：螺線管電磁閥S1和S2的參數指標。資料來源：瑞薩

螺線管電磁閥電流設置

螺線管電磁閥電流將從調節峰值電流開始，在初始延遲後，將其降低到保持電流值。我們隨意定義保持電流應為額定峰值電流的20%。基於此定義，通過測量檢測電阻上的電壓和電流，就可以計算保持電流的耗散功率。表2中給出了每個螺線管電磁閥的理想螺線管電磁閥電流、耗散功率和檢測電阻器上的電壓。

表2：內部電壓基準和各自的電流和耗散功率。資料來源：瑞薩

峰值電流值指的是額定電壓上的螺線管電磁閥額定電流。通過將峰值電流乘以0.2(20%)來計算保持電流。根據峰值電流和保持電流
，可是計算出內部螺線管電阻的耗散功率。具體方法是根據通過0.11Ω的檢測電阻器的電流
，再利用歐姆定律即可計算其結果。同理

，利用額定螺線管電磁閥電壓及其峰值電流值，可計算S2的額定線圈電阻。

需要特別注意的是，用於與SLG47105中的檢測電阻電壓進行比較的參考電壓由內部6位DAC提供。必須利用調節電流將電壓調整到與SLG47105內部參考電壓最接近的值。考慮到這一點
，應選擇表3所示的電壓參考值。表3顯示了內部電壓和各自的電流。由於外部電壓在電路內部被放大8倍
，故所有內部值都是所需檢測電阻電壓的8倍。利用歐姆定律計算通過檢測電阻器的峰值和保持電流值。

表3：內部電壓基準和各自的電流和耗散功率。資料來源：瑞薩

注意，表3中標有(*)的值是在計算中得到的
，不過，這些值似乎是不太可能的，故不代表實際情況。對於S2，峰值電流不需要電流調節
，因為螺線管電磁閥的內阻會限製電流。考慮到這一點，決定將參考值設置為最大電流值。

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