高邊檢流放大器監測PWM負載電流

面向螺線(xiàn)管驅動(dòng)的電流檢測

螺線(xiàn)管被廣泛用作汽車(chē)中的機電開(kāi)關(guān)。例如，啟動(dòng)器螺線(xiàn)管為啟動(dòng)電機提供大電流驅動(dòng)，進(jìn)而將發(fā)動(dòng)機設為工作狀態(tài)。不過(guò)，多種汽車(chē)控制系統采用螺線(xiàn)管驅動(dòng)進(jìn)行精密控制。例如，鐵路上使用的柴油機系統將螺線(xiàn)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)機的每個(gè)高壓汽缸。這些閥門(mén)的定時(shí)由發(fā)動(dòng)機控制單元精密控制，確保與柴油發(fā)動(dòng)機同步。這樣就能形成較“綠色”的發(fā)動(dòng)機，其噪聲更低，排放更少，燃油效率更高。螺線(xiàn)管控制的其它應用包括自動(dòng)變速、傳動(dòng)控制、制動(dòng)控制以及主動(dòng)懸掛系統。

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

為調節PWM頻率和占空比而檢測螺線(xiàn)管電流時(shí)的挑戰與H橋應用中類(lèi)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(xiàn)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，電流檢測放大器的寬輸入共模范圍和與共模變化對應的快速建立時(shí)間非常適合于該應用。該應用與H橋的主要區別是螺線(xiàn)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的基準輸入(REFIN)連接至地時(shí)，即變?yōu)閱蜗螂娏鳈z測放大器)。

實(shí)驗室結果

圖5所示為用作實(shí)驗室原型的典型螺線(xiàn)管應用電路。用2mH電感模擬螺線(xiàn)管，1.6Ω低ESR值。檢測電阻為100mΩ，15Ω的R4將螺線(xiàn)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(xiàn)管電路中沒(méi)有R4。)

該最大電流值為電感完全充電時(shí)達到的理論限值。圖中所示的電阻和電感值將電路時(shí)間常數設為大約0.12ms，相當于大約8.3kHz。外部電阻R1 = 1kΩ和R2 = 79kΩ設定的增益為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(shí)現精密測量。它能夠處理EPS等系統中常見(jiàn)的H橋驅動(dòng)雙向電機電流，以及自動(dòng)變速、傳動(dòng)控制、制動(dòng)控制和主動(dòng)懸掛系統中常見(jiàn)的單相螺線(xiàn)管電流。