電動助力轉向(EPS)系統中的電流檢測

　　EPS不同于傳統的助力轉向系統，它沒有液壓泵或液體。而是將一個電動機通過齒輪機構安裝在轉向齒條上。駕駛員轉動方向盤時，轉向傳感器檢測方向盤的位置和轉速。該信息與來自安裝在轉向軸上的轉向扭矩傳感器輸入一起送至助力轉向控制模塊。為了確定所需要的轉向助力，控制模塊接受來自于車速傳感器、牽引力控制和穩定性控制系統的輸入(圖1)。

　　圖1. 典型EPS系統的簡化方框圖

　　與動力模塊的接口允許控制模塊調節電機電流。增大電機電流則增大助力，反之亦然。電機電流往往通過采用H橋電路(圖2)送入脈寬調制(PWM)電壓進行控制。以下的真值表(表1)匯總了H橋電路的不同工作模式。電機表現為感性負載，所以通過平均產生的脈動電流確定扭矩—為駕駛員提供最終助力。

　　圖2. 該H橋的4個柵極信號相位決定電機的方向和速度

　　表1. H橋真值表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.

　　電流測量器件檢測電機電流并向控制模塊提供實時反饋，使該模塊調節PWM占空比，直到電流達到其目標值。測量電機電流的常用方法是與電流通路串聯一個低值檢測電阻，該電阻上產生一個小壓降。該差分電壓被電流檢測放大器放大，表示電流幅值。

　　電流檢測提供三個選項：低邊、高邊和電機上。相對應地，可將檢測電阻置于H橋和地之間(低邊電流檢測)、直流總線基部或電池正極端子和H橋之間(高邊電流檢測)，或者直流總線的高邊或電機本身(輸出電機PWM電流檢測)。需要對這些替代方案進行不同的折中。低邊方法比較方便，但是在接地回路增加了所不希望的電阻，并且它缺少檢測對地短路故障的診斷能力。無論是高邊還是低邊方法，都能夠持續監測二極管中的電流。然而，PWM電流檢測沒有這些缺點。

　　PWM電流測量電路可能看起來簡單，但是它所需的性能參數卻非比尋常。電路必須處理從地到電池電壓之間的滿擺幅共模電壓。所以，為了抑制共模電壓偏移，電路不僅必須具有與該擺幅對應的高輸入電壓范圍，而且必須在開關頻率及擺率引起的相關頻率處具有出色的CMRR。

　　共模瞬態和PWM信號的最小占空比也對電流檢測放大器的建立時間提出了苛刻要求。為了獲得高精度和線性響應，電流測量電路必須具有高增益、高精度，以及低失調電壓。由于人工干預是控制環路的一部分，所以線性度和精度尤其關鍵。電路中的任何非線性都會造成車輛在轉向過度時產生擺動或振動，從而影響駕駛體驗。

　　在圖3所示的電機電流控制和測量電路中，電機連接為H橋配置，由于所加電壓極性很容易反接，使其能夠向任一方向轉動。所示IC能夠承受的共模電壓從-20V至+75V，使其不受感性負載、拋負荷瞬態電壓及電池反接故障的影響。器件還集成了測量放大器，擁有專利的直流反饋架構提供精密電流檢測，輸入失調電壓為400µV (最大)，增益誤差為0.6% (最大)。外部基準電壓支持H橋所需的雙向電流檢測，以及工作于半橋H橋電路時的單向電流檢測。雙向應用中，當檢測電壓為零時，輸出電壓等于基準電壓。可調增益和固定增益方式使該部件能夠在各種應用中都具有最大靈活性。

　　圖3. PWM兼容的H橋電流檢測電路