高精度高边检流放大器监测PWM负载电流

　　电动助力转向(EPS)系统中的电流检测

　　EPS不同于传统的助力转向系统，它没有液压泵或液体。而是将一个电动机通过齿轮机构安装在转向齿条上。驾驶员转动方向盘时，转向传感器检测方向盘的位置和转速。该信息与来自安装在转向轴上的转向扭矩传感器输入一起送至助力转向控制模块。为了确定所需要的转向助力，控制模块接受来自于车速传感器、牵引力控制和稳定性控制系统的输入(图1)。

　　图1. 典型EPS系统的简化方框图

　　与动力模块的接口允许控制模块调节电机电流。增大电机电流则增大助力，反之亦然。电机电流往往通过采用H桥电路(图2)送入脉宽调制(PWM)电压进行控制。以下的真值表(表1)汇总了H桥电路的不同工作模式。电机表现为感性负载，所以通过平均产生的脉动电流确定扭矩—为驾驶员提供最终助力。

　　图2. 该H桥的4个栅极信号相位决定电机的方向和速度

　　表1. H桥真值表Φ1A Φ1B Φ2A Φ2B Condition

　　ON ON OFF OFF The motor is powered between VBAT and ground and its current IM increases and flows as indicated by the arrow.

　　OFF ON OFF ON The current IM flows as shown by the arrow, but decreases and circulates through Φ1B, Φ2B, and the sense resistor.

　　OFF OFF ON ON The motor is powered between VBAT and ground, and its current IM increases and flows in a direction opposite to the arrow.

　　OFF ON OFF ON The current IM flows in a direction opposite to the arrow. It also decreases and circulates through Φ2B, Φ1B, and the sense resistor.

　　电流测量器件检测电机电流并向控制模块提供实时反馈，使该模块调节PWM占空比，直到电流达到其目标值。测量电机电流的常用方法是与电流通路串联一个低值检测电阻，该电阻上产生一个小压降。该差分电压被电流检测放大器放大，表示电流幅值。

　　电流检测提供三个选项：低边、高边和电机上。相对应地，可将检测电阻置于H桥和地之间(低边电流检测)、直流总线基部或电池正极端子和H桥之间(高边电流检测)，或者直流总线的高边或电机本身(输出电机PWM电流检测)。需要对这些替代方案进行不同的折中。低边方法比较方便，但是在接地回路增加了所不希望的电阻，并且它缺少检测对地短路故障的诊断能力。无论是高边还是低边方法，都能够持续监测二极管中的电流。然而，PWM电流检测没有这些缺点。

　　PWM电流测量电路可能看起来简单，但是它所需的性能参数却非比寻常。电路必须处理从地到电池电压之间的满摆幅共模电压。所以，为了抑制共模电压偏移，电路不仅必须具有与该摆幅对应的高输入电压范围，而且必须在开关频率及摆率引起的相关频率处具有出色的CMRR。

　　共模瞬态和PWM信号的最小占空比也对电流检测放大器的建立时间提出了苛刻要求。为了获得高精度和线性响应，电流测量电路必须具有高增益、高精度，以及低失调电压。由于人工干预是控制环路的一部分，所以线性度和精度尤其关键。电路中的任何非线性都会造成车辆在转向过度时产生摆动或振动，从而影响驾驶体验。

　　在图3所示的电机电流控制和测量电路中，电机连接为H桥配置，由于所加电压极性很容易反接，使其能够向任一方向转动。所示IC能够承受的共模电压从-20V至+75V，使其不受感性负载、抛负荷瞬态电压及电池反接故障的影响。器件还集成了测量放大器，拥有专利的直流反馈架构提供精密电流检测，输入失调电压为400µV (最大)，增益误差为0.6% (最大)。外部基准电压支持H桥所需的双向电流检测，以及工作于半桥H桥电路时的单向电流检测。双向应用中，当检测电压为零时，输出电压等于基准电压。可调增益和固定增益方式使该部件能够在各种应用中都具有最大灵活性。

　　图3. PWM兼容的H桥电流检测电路