螺線管驅(qū)動電流檢測 - 高精度高邊檢流放大器監(jiān)測PWM負(fù)載電流

　　螺線管被作為汽車中的機電開關(guān)廣泛應(yīng)用。例如，標(biāo)準(zhǔn)螺線管為啟動電機提供大電流驅(qū)動，啟動發(fā)動機。然而，多種汽車控制系統(tǒng)采用螺線管驅(qū)動進行精密控制。例如，鐵路上使用的柴油機系統(tǒng)依靠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。這樣就能形成相對“綠色”的發(fā)送機，噪聲更低，排放更少，更具燃油效率。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。

　　高邊開關(guān)通常為FET，其柵極由PWM信號控制(圖4)。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)決定螺線管中的平均脈動電流，進而控制施加至執(zhí)行器的力。

　　圖4. 圖中典型的螺線管驅(qū)動電流采用高邊分流

　　為了調(diào)節(jié)PWM頻率和占空比而檢測螺線管電流的挑戰(zhàn)與H橋應(yīng)用中類似。電流檢測放大器輸入處的共模電壓范圍從電池電壓低至略為負(fù)值水平(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所呈現(xiàn)的正向偏壓高于1V。

　　同樣，電流檢測放大器的寬輸入共模范圍和響應(yīng)共模變動的快速建立時間非常適合于該項應(yīng)用。該應(yīng)用與H橋的主要區(qū)別是螺線管電流流動的方向總相同，因此電流檢測放大器僅需是單向(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所示為作為實驗室原型的螺線管典型應(yīng)用電路。用2mH電感模擬螺線管，1.6Ω低ESR。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)定為大約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。