設計節(jié)能螺線管驅動器

當電流通過螺線管線圈時，其內部會產生磁場。該磁場產生拉動柱塞的力。當磁場產生足夠的力來拉動柱塞時，柱塞會在螺線管內移動，直到到達機械停止位置。當柱塞已經位于螺線管內部時，磁場會產生力將柱塞固定到位。當電流從螺線管線圈中移除時，柱塞將在螺線管中安裝的彈簧的推動下返回到其原始位置。

螺線管是機電執(zhí)行器，具有可自由移動的磁芯（稱為柱塞）。一般來說，螺線管由螺旋線圈和鐵制成的移動鐵芯組成。
當電流通過螺線管線圈時，其內部會產生磁場。該磁場產生拉動柱塞的力。當磁場產生足夠的力來拉動柱塞時，柱塞會在螺線管內移動，直到到達機械停止位置。當柱塞已經位于螺線管內部時，磁場會產生力將柱塞固定到位。當電流從螺線管線圈中移除時，柱塞將在螺線管中安裝的彈簧的推動下返回到其原始位置。

圖 1 顯示了螺線管的結構。

驅動螺線管的常見方法是在螺線管線圈中施加所需的電壓。這通常可以使用配置在高側或低側的單個功率晶體管來完成。功率晶體管需要一個與螺線管并聯(lián)的續(xù)流二極管，因為螺線管線圈具有高電感，會試圖將電流推入晶體管。盡管這種方法簡單且便宜，但其功率效率不高。這是因為螺線管通常需要大量電流來拉動柱塞，但當拉動柱塞時，不需要相同量的電流。在簡單的驅動器方法中，當柱塞被拉入并保持柱塞時，施加到螺線管的電流主要通過其內部電阻產生熱量。
解決此問題的另一種方法是使用電流調節(jié)驅動器來激活和停用螺線管。該驅動器可以在螺線管中施加峰值電流值，直到它拉動柱塞，然后，它可以將電流降低到保持值。這種策略大大降低了內部螺線管電阻所消耗的功率。該驅動器的另一個優(yōu)點是可以在更大的電壓范圍內使用螺線管。這意味著驅動器允許設計為在較低電壓（例如 5 伏）下運行的螺線管在較高電源電壓下運行而不會損壞（例如，在 12 伏電源下）。
以下部分將介紹使用SLG47105 HVPAK器件實現(xiàn)兩個螺線管的電流調節(jié)驅動器。
GreenPAK設計理念
可以使用單個 SLG47105 器件驅動兩個不同的螺線管。SLG47105 器件將控制通過螺線管的電流，并通知用戶每個螺線管的狀態(tài)（打開、關閉或處于故障狀態(tài)）。顯示其內部結構的概念框圖如圖 2 所示。

圖 2. 采用 SLG47105 的節(jié)能螺線管驅動器框圖（瑞薩電子）

該圖的右上側顯示了高壓輸出 (HVOUT) 塊的內部配置方式及其與外部電磁閥的連接。連接到引腳 7 的輸出配置為推挽式，連接到引腳 8 的輸出配置為開漏。該開漏輸出在啟動延遲后始終保持打開狀態(tài)。引腳 5 在內部連接到引腳 8 的 N-Mosfet 和內部電流放大器。引腳 5 用于測量電磁閥電流并將其與內部參考進行比較，將比較結果發(fā)送到 PWM 控制器 1 塊。
PWM 控制器 1 塊生成調節(jié)連接到引腳 7 和 8 的電磁閥電流所需的 PWM。它有兩個設定點，一個用于電磁閥峰值電流，另一個用于電磁閥保持電流。PWM 控制器的開/關輸入由其左側的 AND 端口激活。AND 端口連接到啟動延遲塊和引腳 2，用作打開和關閉螺線管的外部接口。
連接到 AND 端口的啟動延遲模塊用于保證所有內部模塊在 IC 上電時正確初始化。AND 端口的輸出連接到另一個延遲塊。當 PWM 控制器打開時，它被配置為將螺線管電流調節(jié)為其峰值電流值。延遲 50 毫秒后，延遲塊會切換 PWM 配置，以將螺線管電流調節(jié)為其保持電流值。
PWM 控制器 1 模塊的開/關輸入還連接到多路復用器的輸入之一。另一個多路復用器輸入連接到頻率為 1 赫茲的方波信號。多路復用器輸出由 HVOUT 模塊中的 FAULT 信號控制。當 FAULT 信號未指示任何故障時，開/關輸入通過引腳 17（即 SOLENOID 1 STATUS 輸出）進行緩沖。當 FAULT 信號指示故障時，在此輸出中驅動方波信號。SOLENOID 1 STATUS 旨在驅動外部 LED 并向用戶顯示電磁閥狀態(tài)。當 LED 以方波輸出頻率閃爍時，該狀態(tài)可以打開、關閉或處于故障狀態(tài)。
引腳 14 中提供了一個額外的故障輸出作為開漏輸出。該輸出設計用于驅動外部設備，例如微控制器。
PWM 控制器 1 下方是 PWM 控制器 2，如圖 2 所示，PWM 控制器 2 周圍的控制結構與 PWM 控制器 1 類似。
兩個 FAULT 輸出可以從外部連接，因為它們是開漏輸出，如果任何輸出出現(xiàn)故障，可以為外部設備提供單個 FAULT 信號。
一個附加塊是 I2C；它可用于重新配置峰值和保持電流設置。