高边检流放大器监测PWM负载电流

面向螺线管驱动的电流检测

螺线管被广泛用作汽车中的机电开关。例如，启动器螺线管为启动电机提供大电流驱动，进而将发动机设为工作状态。不过，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将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。这样就能形成较“绿色”的发动机，其噪声更低，排放更少，燃油效率更高。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系统。

高边开关通常为FET，其栅极由PWM信号控制(图4)。当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了螺线管中的平均纹波电流，进而控制施加至制动器上的力。

为调节PWM频率和占空比而检测螺线管电流时的挑战与H桥应用中类似。电流检测放大器输入端的共模电压范围从电池电压低至略低于零电位(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的正向电压高于1V。

同样，电流检测放大器的宽输入共模范围和与共模变化对应的快速建立时间非常适合于该应用。该应用与H桥的主要区别是螺线管电流总是流向同一方向，因此电流检测放大器只需是单向的(将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所示为用作实验室原型的典型螺线管应用电路。用2mH电感模拟螺线管，1.6Ω低ESR值。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。

采用PWM频率5kHz、占空比分别为80%(图6)和50%(图7)的波形来说明图5所示电路的工作。顶部波形为R4上的电压，与流过电感的电流成比例。中间波形为电流检测放大器的输出，底部波形所示为PFET漏极的PWM信号。占空比越大，产生的电流越大，与预期相符。

综上所述，利用高精度、高压、高边电流检测放大器，例如MAX9918，能够以较小的检测电阻实现精密测量。它能够处理EPS等系统中常见的H桥驱动双向电机电流，以及自动变速、传动控制、制动控制和主动悬挂系统中常见的单相螺线管电流。