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作者：類(lèi)比半導體 2024年7月17日 摘要 汽車(chē)電磁閥作為汽車(chē)系統中的關(guān)鍵執行器，負責精細調控油、水、氣等流體的流動(dòng)。在車(chē)身穩定控制系統（ESC）及自動(dòng)變速箱等關(guān)鍵應用中，電磁閥的精準操作對于保障系統性能至關(guān)重要。特別是比例電磁閥和線(xiàn)性電磁閥，它們的控制精度直接影響系統響應的準確性和可靠性，因此對電流檢測的精度要求極高。 上海類(lèi)比半導體技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“類(lèi)比半導體”或“類(lèi)比”）作為國內領(lǐng)先的模擬及數�；旌闲酒O計商，憑借在線(xiàn)性產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累，成功攻克了行業(yè)內的技術(shù)挑戰，推出了性能卓越的電流檢測放大器系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品不僅完善了運放產(chǎn)品線(xiàn)，而且在關(guān)鍵技術(shù)指標上展現出色的表現，為汽車(chē)電磁閥的精準控制提供了強有力的技術(shù)支撐。 一、 電流檢測放大器在電磁閥中的應用挑戰 在電磁閥的電流檢測中，存在兩種典型的電路配置，其中一種如圖一所示。 
圖 1 一種典型的電磁閥工作和續流時(shí)的電路配置 綠色路徑代表電磁閥正常工作時(shí)的電流流動(dòng)，而紅色路徑則代表續流時(shí)的電流路徑。在續流過(guò)程中，由于二極管與線(xiàn)束或PCB走線(xiàn)的寄生電感效應，可能引起節點(diǎn)A的電壓下降至-1V以下。在這種情況下，電流檢測放大器的輸入端IN+和IN-會(huì )面臨低于-1V的共模電壓挑戰。鑒于市場(chǎng)上多數電流檢測放大器的共模電壓范圍上限為-0.3V，超出此范圍可能導致電流檢測放大器輸出VOUT異常升高至接近電源電壓VCC。只有當共模電壓恢復至-0.3V以上，輸出才能恢復正常。甚至有些電流檢測放大器，即便共模電壓恢復，輸出也無(wú)法自動(dòng)回正，需要重啟系統。MCU在檢測到VOUT接近VCC時(shí)，可能會(huì )錯誤地將此現象判斷為過(guò)流故障。
圖 2 另一種典型的電磁閥工作和續流時(shí)的電路配置 圖二列舉了另一種電磁閥在開(kāi)關(guān)閉合與斷開(kāi)狀態(tài)下的電流行為。 開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電磁閥正常工作，節點(diǎn)A電壓為12V，共模電壓為12V。 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于低邊MOSFET的驅動(dòng)，寄生電容放電導致電感電流將節點(diǎn)A電壓拉低，形成負電壓。同樣，MCU可能會(huì )錯誤地將此讀數判斷為過(guò)流。 通過(guò)這兩種應用場(chǎng)景，我們認識到電磁閥在操作過(guò)程中可能產(chǎn)生低于-1V的共模電壓。因此，電流檢測放大器必須能夠承受較高的負共模電壓，同時(shí)確保輸出信號不會(huì )發(fā)生鉗位現象，避免錯誤的過(guò)流故障診斷。 二、 類(lèi)比半導體CSA601Q電流檢測放大器在負共模電壓下的性能驗證 類(lèi)比半導體的CSA601Q電流檢測放大器，以其高精度特性，能夠在-6V至40V的共模電壓范圍內穩定運行，同時(shí)具備出色的共模抑制比（CMRR）、高精度、寬帶寬和低溫度漂移性能。針對電磁閥控制中的挑戰，我們對CSA601Q進(jìn)行了在-1V共模電壓條件下的小信號和大信號輸入測試，以驗證其在極端條件下的輸出穩定性，并確保電流檢測放大器輸出不會(huì )發(fā)生鉗位到供電電壓的現象。實(shí)驗電路如圖3所示。
圖 3 類(lèi)比半導體的CSA601Q電流檢測放大器測試實(shí)驗電路 2.1 實(shí)驗一：小信號測試（共模電壓-1V，輸入信號0.1V） 在該實(shí)驗中，信號發(fā)生器產(chǎn)生具有1V偏置（Offset）、0.1V峰-峰值（Vpp）、10Hz頻率(Freq）的兩路信號，相位差為180°。兩路信號的負端接入地線(xiàn)（GND），正端分別接入電流檢測放大器的IN+和IN-(在-1V的共模電壓上疊加0.1V正弦波，模擬兩個(gè)反向電流）。 實(shí)驗現象表明，電流檢測放大器輸出C1呈現預期的2V峰值半正弦波形，與理論計算的4V峰-峰值（0.2Vpp x Gain20）相符，且負半周期被地線(xiàn)GND正確鉗位。
2.2 實(shí)驗二：大信號測試（共模電壓-1V，輸入信號1V） 在第二個(gè)實(shí)驗中，信號發(fā)生器設置與實(shí)驗一相同，但輸入信號的Vpp提高至1V。輸出C1的波形接近方波，峰值(Vpeak）為3.3V，理論值40Vpp（2Vpp x Gain20），由于供電為3.3V，所以正半周期被鉗位到3.3V，而負半周期被GND鉗位，符合設計預期。
2.3 實(shí)驗結論 實(shí)驗結果明確顯示，在-1V的共模電壓下，CSA601Q電流檢測放大器能夠正常工作，其輸出未出現鉗位至供電電壓的現象。CSA601Q的寬共模電壓支持范圍（-6V至40V）證實(shí)了其能夠妥善處理絕大多數負共模電壓的應用場(chǎng)景，為電磁閥的精準控制提供了強有力的技術(shù)保障。 三、 總結 類(lèi)比半導體憑借其在模擬及數�；旌闲酒O計領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢，為汽車(chē)電子行業(yè)帶來(lái)了創(chuàng )新的電流檢測解決方案。CSA601Q電流檢測放大器的推出，彰顯了類(lèi)比在高精度、高穩定性能方面的技術(shù)實(shí)力，以及對市場(chǎng)需求的敏銳洞察。 CSA601Q電流檢測放大器的寬共模電壓范圍（-6V至40V）、高CMRR（150dB典型值）、精準的增益誤差（最大0.3%）和低靜態(tài)電流（1.4mA典型值）等特性，使其在汽車(chē)電子系統中電磁閥的電流檢測中表現出色。此外，CSA601Q提供的多種可供選擇的增益（20V/V、50V/V、100V/V），使其能夠靈活適應不同應用場(chǎng)景的需求。這些特性，結合多樣化的增益選項，確保了產(chǎn)品能夠滿(mǎn)足汽車(chē)電子應用的嚴苛要求，提升系統性能和可靠性。同時(shí)，該系列產(chǎn)品還包括CSA601Q、CSA245Q和CSA240Q等不同型號，覆蓋了從單向電流檢測到雙向電流檢測的不同需求，共模電壓范圍從-6V擴展至80V，為客戶(hù)提供了全面的技術(shù)選擇和解決方案。 在國家推動(dòng)自主可控芯片發(fā)展的大背景下，類(lèi)比半導體專(zhuān)注于汽車(chē)智能驅動(dòng)、信號鏈、電源管理、MCU/DSP等領(lǐng)域的芯片設計，致力于為客戶(hù)提供高品質(zhì)芯片，為世界科技化和智能化發(fā)展提供最底層的芯片支持。未來(lái)，類(lèi)比半導體將持續引領(lǐng)汽車(chē)電子技術(shù)的創(chuàng )新浪潮，研發(fā)更為先進(jìn)的芯片解決方案，為構建更安全、更高效的汽車(chē)系統貢獻力量。 |
