高邊檢流放大器監(jiān)測PWM負(fù)載電流

面向螺線管驅(qū)動的電流檢測

螺線管被廣泛用作汽車中的機電開關(guān)。例如，啟動器螺線管為啟動電機提供大電流驅(qū)動，進(jìn)而將發(fā)動機設(shè)為工作狀態(tài)。不過，多種汽車控制系統(tǒng)采用螺線管驅(qū)動進(jìn)行精密控制。例如，鐵路上使用的柴油機系統(tǒng)將螺線管作為精密的電子控制閥，它將正確的油量直接噴射至發(fā)動機的每個高壓汽缸。這些閥門的定時由發(fā)動機控制單元精密控制，確保與柴油發(fā)動機同步。這樣就能形成較“綠色”的發(fā)動機，其噪聲更低，排放更少，燃油效率更高。螺線管控制的其它應(yīng)用包括自動變速、傳動控制、制動控制以及主動懸掛系統(tǒng)。

高邊開關(guān)通常為FET，其柵極由PWM信號控制(圖4)。當(dāng)FET導(dǎo)通時，它將螺線管連接至14V電池電壓，產(chǎn)生電流對螺線管線圈充電；FET截止時，螺線管通過箝位二極管和分流電阻放電。PWM頻率和占空比的調(diào)節(jié)決定了螺線管中的平均紋波電流，進(jìn)而控制施加至制動器上的力。

為調(diào)節(jié)PWM頻率和占空比而檢測螺線管電流時的挑戰(zhàn)與H橋應(yīng)用中類似。電流檢測放大器輸入端的共模電壓范圍從電池電壓低至略低于零電位(箝位二極管的壓降)。典型螺線管需要幾個安培的電流，所以能承受這一電流的箝位二極管的正向電壓高于1V。

同樣，電流檢測放大器的寬輸入共模范圍和與共模變化對應(yīng)的快速建立時間非常適合于該應(yīng)用。該應(yīng)用與H橋的主要區(qū)別是螺線管電流總是流向同一方向，因此電流檢測放大器只需是單向的(將MAX9918的基準(zhǔn)輸入(REFIN)連接至地時，即變?yōu)閱蜗螂娏鳈z測放大器)。

實驗室結(jié)果

圖5所示為用作實驗室原型的典型螺線管應(yīng)用電路。用2mH電感模擬螺線管，1.6Ω低ESR值。檢測電阻為100mΩ，15Ω的R4將螺線管最大電流限制為：

IMAX = VBAT/(RSENSE + ESR + R4) = 12V/(0.1 + 1.6 + 15)Ω = 0.72A

(注意，實際螺線管電路中沒有R4。)

該最大電流值為電感完全充電時達(dá)到的理論限值。圖中所示的電阻和電感值將電路時間常數(shù)設(shè)為大約0.12ms，相當(dāng)于大約8.3kHz。外部電阻R1 = 1kΩ和R2 = 79kΩ設(shè)定的增益為80。

采用PWM頻率5kHz、占空比分別為80%(圖6)和50%(圖7)的波形來說明圖5所示電路的工作。頂部波形為R4上的電壓，與流過電感的電流成比例。中間波形為電流檢測放大器的輸出，底部波形所示為PFET漏極的PWM信號。占空比越大，產(chǎn)生的電流越大，與預(yù)期相符。

綜上所述，利用高精度、高壓、高邊電流檢測放大器，例如MAX9918，能夠以較小的檢測電阻實現(xiàn)精密測量。它能夠處理EPS等系統(tǒng)中常見的H橋驅(qū)動雙向電機電流，以及自動變速、傳動控制、制動控制和主動懸掛系統(tǒng)中常見的單相螺線管電流。