随着汽车电子技术的发展,新的电子电气架构下,越来越多的执行部件在车身出现,比如电磁阀、风机、水泵、油泵、雨刮继电器等常用的执行器, 它们一般都表现为感性特点。驱动这些负载的最简单和最常见的方法是将它们连接到高边侧开关(High Side Switch)的输出,如下图1所示。
图1 智能功率器件(Intelligent Power Device IPD)
将 IPD(Intelligent Power Device) 内部集成主要元器件分离,考虑 ON 与 OFF 时两种状态,其等效电路如下图所示。
式中,是电感电流上升的时间常数。
是 IPD 器件本身的限制电流,
是执行器的开启持续时间。
齐次微分方程求解
输出关断时,电路的等效微分方程为:
以为初始条件求解上面的方程②,得到电感电流的动态方程。
对一阶线性齐次微分方程求通解,电感电流按指数规律衰减,衰减的快慢却决于电感自身介电常数 。
,待求解微分方程为:
提取特征方程为
求得特征解为
然后再求得通解为,其中
得到通解,也就是暂态分量,继续求特解, 这才是需要的稳态解。
非齐次微分方程求解
动态电流方程为
用三要素法,恒定激励下一阶微分方程的解的一般形式为:
据此求得电流的动态方程表示为:
令,可得
电感电流的归零时间详细求解如下所示:
最终求得准确的表达式为
器件的钳位电压,电流动态实时值,以及电流的归零时间已经精确求得,这样就可以求解能量
,也就是对功率进行积分,其中钳位电压是固定的(器件集成的钳位管决定的),电流呈现指数衰减(感性负载特性),off 阶段的持续时间
也已确定),此时求解积分方程即可得出理论上的能量值。
式中,,
对方程③求解,代入已知条件得:
积分项求解
将式⑤代入式④计算,可得最后的能量值为:
基于式⑥,可以得到感性负载关断时的钳位能量,并基于此量化数据去评估并选择合适的高边智能开关,如下图最大150mJ。
智能高边钳位能量计算的原文件移步:https://download.csdn.net/download/liht_1634/90486483。
道阻且长,行则将至。行而不辍,未来可期。觉得不错,动动发财的小手点个赞哦!