1 應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)

引言

每當(dāng)需要控制流經(jīng)系統(tǒng)的液體或氣體的流量時(shí)，可使用磁閥（也稱(chēng)為螺線管）。螺線管是一種利用某些材料（例如鐵）的磁性來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉閥門(mén)的器件。

以恒定電流運(yùn)行時(shí)，磁閥的線圈會(huì)消耗大量功率。這是因?yàn)榫€圈的功耗與流過(guò)它的電流成正比。為了降低平均電流，同時(shí)仍保持閥門(mén)正常運(yùn)行，可使用 PWM。通過(guò)調(diào)整信號(hào)的占空比，可以控制電流。

本文檔重點(diǎn)介紹了如何使用 DRV8955 和具有 IO-Link 功能的 MSPM0 通過(guò) PWM 來(lái)運(yùn)行磁閥。圖 1 顯示了如何實(shí)現(xiàn)典型的系統(tǒng)方案。

圖 1 典型的系統(tǒng)方案

TVS3301 用于提供雙向平緩鉗位浪涌保護(hù)，LM74500 負(fù)責(zé)提供反極性保護(hù)，TPSM365R6 是一款 65V 輸入同步降壓直流/直流電源模塊，用于生成 3.3V 電壓。

用于磁閥的 PWM

圖 2 所示為控制磁閥的電流（綠色）和電壓（黃色，反相）。為了確保螺線管正確開(kāi)關(guān)，有一小段時(shí)間沒(méi)有 PWM 控制。一旦 PWM 信號(hào)啟動(dòng)，您就可以看到流經(jīng)磁閥的電流顯著下降。

圖 2 控制磁閥的電流和電壓

PWM 頻率和占空比取決于使用的磁閥和特性。

使用 DRV8955 控制磁閥

DRV8955 將為工業(yè)應(yīng)用提供四路可單獨(dú)控制的半橋驅(qū)動(dòng)器。該器件可用于驅(qū)動(dòng)最多四個(gè)螺線管負(fù)載、兩個(gè)直流電機(jī)、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)或其他負(fù)載。

每個(gè)通道的輸出驅(qū)動(dòng)器由配置為半橋結(jié)構(gòu)的 N 通道功率 MOSFET 組成。借助簡(jiǎn)單的 PWM (IN/IN) 接口，可輕松與控制器連接。提供單獨(dú)控制每個(gè)半橋的獨(dú)立輸入。此外，可以將輸出并聯(lián)在一起以便為輸出負(fù)載提供更大的電流。

DRV8955 由單一電源供電，支持 4.5V 至 48V 的寬輸入電源電壓范圍。提供的低功耗睡眠模式可通過(guò)關(guān)斷大部分內(nèi)部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)較低的靜態(tài)電流消耗。提供的內(nèi)部保護(hù)特性包括：欠壓鎖定、每個(gè) FET 的過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)。故障狀態(tài)通過(guò) nFAULT 引腳指示。

本文檔中所述的應(yīng)用使用兩個(gè) DRV8955 來(lái)控制最多 8 個(gè)磁閥。為了減少外部元件的數(shù)量，可以將內(nèi)部高側(cè) FET 用作續(xù)流二極管，如圖 3 中所示。

圖 3 續(xù)流二極管

為了生成 PWM，使用 MSPM0。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部多路復(fù)用器可用于將計(jì)時(shí)器信號(hào)路由到多個(gè)引腳。這也為不同的閥門(mén)提供了很大的靈活性，因?yàn)閰?shù)可以隨時(shí)更改。

結(jié)果

下面是不同占空比條件下的不同測(cè)量值。

在圖 4 中，使用 70% 的占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)螺線管。如圖所示，導(dǎo)通期間的峰值電流約為 56mA，15ms 后降至 39mA。這使電流降低了大約 30%。

圖 4 導(dǎo)通期間的峰值電流

如果占空比為 50%，您可以將電流降低約 48%，如圖 5 所示。

圖 5 50% 占空比

圖 6 顯示了在占空比為 30% 時(shí)電流會(huì)減小 66%。

圖 6 電流降低 66%

為磁閥選擇正確的占空比以達(dá)到省電的工作環(huán)境非常重要。如果占空比過(guò)低，則可能會(huì)發(fā)生閥門(mén)無(wú)法正確開(kāi)關(guān)的情況，因?yàn)榱鹘?jīng)線圈的電流會(huì)降低。

總結(jié)

本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)介紹了如何使用 DRV8955 驅(qū)動(dòng)器和 MSPM0（作為 PWM 發(fā)生器）來(lái)控制磁閥和螺線管。此外，本應(yīng)用簡(jiǎn)報(bào)還顯示集成了 IO-Link 通信。

參考資料和相關(guān)器件

1. 德州儀器 (TI)，DRV8955 具有集成電流檢測(cè)的四路半橋驅(qū)動(dòng)器 數(shù)據(jù)表。
2. 德州儀器 (TI)，MSPM0G350x 具有 CAN-FD 接口的混合信號(hào)微控制器 數(shù)據(jù)表。
3. 德州儀器 (TI)，TVS3301 33V 雙向平緩鉗位浪涌保護(hù)器件 數(shù)據(jù)表。
4. 德州儀器 (TI)，LM74500-Q1 反極性保護(hù)控制器 數(shù)據(jù)表。
5. 德州儀器 (TI)，TPSM365R6 3V 至 65V 輸入、1V 至 13V 輸出、600mA 同步降壓電源模塊 數(shù)據(jù)表。
6. 德州儀器 (TI)，TIOL112 和 TIOL112x 具有低殘余電壓和集成保護(hù)功能的 IO-Link 器件 數(shù)據(jù)表。