高邊檢流放大器監(jiān)測(cè)PWM負(fù)載電流

面向螺線管驅(qū)動(dòng)的電流檢測(cè)

螺線管被廣泛用作汽車中的機(jī)電開關(guān)。例如，啟動(dòng)器螺線管為啟動(dòng)電機(jī)提供大電流驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)為工作狀態(tài)。不過(guò)，多種汽車控制系統(tǒng)采用螺線管驅(qū)動(dòng)進(jìn)行精密控制。例如，鐵路上使用的柴油機(jī)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(dòng)機(jī)的每個(gè)高壓汽缸。這些閥門的定時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元精密控制，確保與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)同步。這樣就能形成較“綠色”的發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)變速、傳動(dòng)控制、制動(dòng)控制以及主動(dòng)懸掛系統(tǒng)。

高邊開關(guān)通常為FET，其柵極由PWM信號(hào)控制(圖4)。當(dāng)FET導(dǎo)通時(shí)，它將螺線管連接至14V電池電壓，產(chǎn)生電流對(duì)螺線管線圈充電；FET截止時(shí)，螺線管通過(guò)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(dòng)器上的力。

為調(diào)節(jié)PWM頻率和占空比而檢測(cè)螺線管電流時(shí)的挑戰(zhàn)與H橋應(yīng)用中類似。電流檢測(cè)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(gè)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(cè)放大器的寬輸入共模范圍和與共模變化對(duì)應(yīng)的快速建立時(shí)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(cè)放大器只需是單向的(將MAX9918的基準(zhǔn)輸入(REFIN)連接至地時(shí)，即變?yōu)閱蜗螂娏鳈z測(cè)放大器)。

實(shí)驗(yàn)室結(jié)果

圖5所示為用作實(shí)驗(yàn)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(cè)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(shí)際螺線管電路中沒(méi)有R4。)

該最大電流值為電感完全充電時(shí)達(dá)到的理論限值。圖中所示的電阻和電感值將電路時(shí)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(lái)說(shuō)明圖5所示電路的工作。頂部波形為R4上的電壓，與流過(guò)電感的電流成比例。中間波形為電流檢測(cè)放大器的輸出，底部波形所示為PFET漏極的PWM信號(hào)。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(cè)放大器，例如MAX9918，能夠以較小的檢測(cè)電阻實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量。它能夠處理EPS等系統(tǒng)中常見(jiàn)的H橋驅(qū)動(dòng)雙向電機(jī)電流，以及自動(dòng)變速、傳動(dòng)控制、制動(dòng)控制和主動(dòng)懸掛系統(tǒng)中常見(jiàn)的單相螺線管電流。