基于SB0800的数字式比例阀控制器设计

Techniques of Automation &Applications

基于SB0800的数字式比例阀控制器设计*

张蕾,刘海龙

（湖南铁道职业技术学院，湖南株洲412001）

摘

要:本文介绍了一种基于集成芯片SB0800的比例阀恒流驱动设计方案，并对其硬件与软件进行设计，该方案采用数字化设计，

对整个系统采用闭环控制，并运用高PWM 驱动比例电磁铁。整个系统具有结构简单，性能稳定，调试方便等优点。

关键词:比例阀；SB0800；恒流驱动中图分类号：TP273

文献标志码:A

文章编号:1003-7241(2019)08-0152-04

Design of Digital Proportional Valve Controller Based on SB0800

ZHANG Lei,LIU Hai -long

(Hunan Railway Professional Technology College,Zhuzhou 412001China )

Abstract:This paper introduces a design scheme of proportional valve constant current drive based on integrated chip SB0800,and

designs its hardware and software.The scheme adopts digital design,adopts closed -loop control of the whole system and uses high PWM driving proportional electromagnet.The whole system has the advantages of simple structure,stable per-formance,convenient debugging and so on.

Key words:proportional valve;SB0800;constant current drive

*基金项目：湖南铁道职业技术学院校级课题（编号K201722）收稿日期:2018-02-05

1引言

传统的比例阀驱动电路普遍由三极管或功率MOS-FET 管等分立元件构成，采用PWM 控制方式，并需要自行设计故障诊断电路，可靠性差，温升高，成本高，调试不方便[1]，所以驱动效果不是很理想，不易满足当前液压控制系统在线调试、网络诊断和分布式控制的要求。基于此，本文采用基于SPI 通信的阀集成驱动芯片MC34SB0800设计了一种比例阀控制器，实现电液比例阀的数字化驱动，经验证驱动效果良好[2-3]。

2电液比例控制原理与要求

液压控制系统中两个最重要的被控参数是压力与流量，而控制上述两个参数的最基本手段是对流阻进行控制。目前生产上实用的可控流阻结构形式主要是机—液控制式的间隙型流阻。它利用控制固体部件的运动或变

形来实现对流阻的控制，而这种运动或变形大多采用电磁式设计，利用电磁力与弹簧力相互平衡原理来改变可控流阻的液阻。完成这一功能的电磁铁亦称作比例电磁铁。由于它结构尺寸一般比较大，所以运动惯性和磁滞也大，存在粘滞摩擦等影响比例阀性能响应的因素。为了减小磁滞和摩擦力对比例阀性能的响应，通常需要在控制信号中叠加颤振信号，比如正弦波或三角波，其频率一般为100Hz～200Hz，振幅约为额定控制信号的10%～20%[4]。

3控制器总体设计

控制器工作在液压控制系统中作为一个子节点进行设计，其与主系统其它节点通信采用CAN 总线模式。采用Atmel 公司的AT90CAN128单片机作为主控制芯片，并采用新型的高度模拟集成化的阀驱动芯片SB0800来实现比例电磁铁的驱动控制，单片机与SB0800之间通过SPI 接口进行通信。

该控制器具有4个经过调节的低边驱动器，电流高达2.25A；具有4个PWM 低边驱动器，高达5kHz，可承受高

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达5A 的最大电流；具有负载开路检测、过流关断保护、过热保护、Vds 状态实时监控、电流调节错误提示等功能。可以驱动电液比例阀、开关型电磁阀以及继电器等感性负载。

图1控制器总体框图

3.1比例阀驱动芯片SB0800

MC34SB0800(文中简称SB0800)是飞思卡尔的一种

集成的阀门控制器，具有很好的抗干扰能力，八通道低边驱动。工作于从机模式，芯片内部由各种集成的模块组成，其中包括：SPI 通信模块、可以直接在片上执行控制和诊断功能；监控模块，支持广泛安全监控的嵌入式监测，提供自恢复功能；数据寄存器组模块，可以接收主机传送过来的控制参数；恒流和PWM 模块，可产生不同频率的PWM 占空比信号；PI 调节模块，可通过主机设定KP 和KI 参数，对系统做PI 调节。由于芯片内部集成了上述的模块，所以整个电路具有数字化的特点，与以往的模拟信号控制的电路大不相同。

SB0800电流调节驱动器内部原理如下图2所示。如图2所示，集成芯片SB0800内部为闭环控制[5]系统。其前向通路为：通过SPI 通信接口收到目标电流参数，包括电流大小与频率；然后电流调节模块对目标电流值进行PI 调节；最后这些参数控制PWM 模块经SB0800

的LSDx 输出一定占空比的PWM 恒定值电流。反馈通路为：输出电流在低边驱动器F1打开期间，其一小部分电流被电流镜像电路（F4和F5）转移为内部检测电阻R 的对地电压降，这是与输出电流成比例关系的，然后通过内部信号调理电路和ADC 采样完成负反馈。

3.2SB0800驱动电路设计

控制器SB0800驱动电路如图3所示。

如图3所示，主控制芯片采用Atmel 公司的AT90

CAN128单片机，本控制器作为一个CAN 节点，其与上位主系统通信采用CAN 总线通信，单片机与SB0800之

间通过SPI 接口通信，将上位机系统发送的CAN 数据通过单片机的SPI 通信传给SB0800内部寄存器来控制比例电磁阀的工作状态。

由于采用的是新型高度集成化的阀专用驱动芯片，芯片本身具有高边电源接地保护，即SB0800实时监测高边NMOS 的Vds 电压，一旦发生电源短路及过流故障，立即关闭NMOS 管及低边驱动器。

3.3系统软件实现

软件是基于AT90CAN128硬件平台，在AVR 嵌入

式开发环境中开发完成的。SB0800的低边驱动器通道电流子函数如下所示：

void LSD1_on(void){

TxAddr10.field.MSG_ID_10=10;//LSD1的mes-sage 10.

TxAddr10.field.LSD1=455;//1A 目标电流值=>(1023*目标电流值(mA))/2250

OCTAL_InsertParity(&(TxAddr10.Raw_u16));

图2SB0800内部原理简图

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