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

　　螺線管被作為汽車中的機電開關(guān)廣泛應用。例如，標準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共模變動的快速建立時間非常適合于該項應用。該應用與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)設定為大約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。