螺线管驱动电流检测 - 高精度高边检流放大器监测PWM负载电流

　　螺线管被作为汽车中的机电开关广泛应用。例如，标准螺线管为启动电机提供大电流驱动，启动发动机。然而，多种汽车控制系统采用螺线管驱动进行精密控制。例如，铁路上使用的柴油机系统依靠螺线管作为精密的电子控制阀，它将正确的油量直接喷射至发动机的每个高压汽缸。这些阀门的定时由发动机控制单元精密控制，确保与柴油发动机同步。这样就能形成相对“绿色”的发送机，噪声更低，排放更少，更具燃油效率。螺线管控制的其它应用包括自动变速、传动控制、制动控制以及主动悬挂。

　　高边开关通常为FET，其栅极由PWM信号控制(图4)。FET导通时，它将螺线管连接至14V电池电压，产生电流，对螺线管线圈充电;FET截止时，螺线管通过箝位二极管和分流电阻放电。PWM频率和占空比的调节决定螺线管中的平均脉动电流，进而控制施加至执行器的力。

　　图4. 图中典型的螺线管驱动电流采用高边分流

　　为了调节PWM频率和占空比而检测螺线管电流的挑战与H桥应用中类似。电流检测放大器输入处的共模电压范围从电池电压低至略为负值水平(箝位二极管的压降)。典型螺线管需要几个安培的电流，所以能承受这一电流的箝位二极管所呈现的正向偏压高于1V。

　　同样，电流检测放大器的宽输入共模范围和响应共模变动的快速建立时间非常适合于该项应用。该应用与H桥的主要区别是螺线管电流流动的方向总相同，因此电流检测放大器仅需是单向(MAX9918的基准输入(REFIN)连接至地时，即变为单向电流检测放大器)。

　　实验室结果

　　图5所示为作为实验室原型的螺线管典型应用电路。用2mH电感模拟螺线管，1.6Ω低ESR。检测电阻为100mΩ，15Ω的R4将螺线管最大电流限制为：

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

　　(注意，实际螺线管电路中没有R4。)

　　该最大电流值为电感完全充电时达到的理论限值。图中所示的电阻和电感值将电路时间常数设定为大约0.12ms，相当于大约8.3kHz。外部电阻R1 = 1kΩ和R2 = 79kΩ设定的增益为80。