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電磁閥驅動的方式是什么?

作者:上海伯納德 日期:2019-10-11 15:45:30 點擊數:

螺線管用于許多應用中以在機械系統中提供線性或旋轉驅動。雖然驅動電磁閥可以像打開和關閉電流一樣簡單,但通常使用專用IC驅動它們可以獲得更好的性能。在本文中,我們將研究驅動電路如何影響電磁閥的機電性能。兩種不同的驅動電路將進行比較:一個簡單的開關和一個電流調節驅動器。限制螺線管功耗的節能技術也將涵蓋在內。電磁閥基礎知識在簡單的形式中,電磁線圈是產生磁場的線圈。我們通常稱之為螺線管的設備是使用線圈和由鐵或有時另一種磁性材料制成的移動核心的設備。對線圈施加電流會使鐵芯相對于線圈被拉或推,導致用于在機械系統中驅動物體的運動。一個典型的電磁線圈如圖1所示。

電磁閥驅動的最佳方式是什么?(圖1)

1.一個典型的電磁線圈由一個產生磁場的線圈組成。當啟動螺線管時,電壓被施加到繞組上以產生磁場。由于繞組具有較大的電感,因此電流需要一段時間才能形成。電磁鐵芯上的力與電流成正比。為了產生的力來移動磁芯,必須在繞組上施加高電壓以快速建立電流。一旦運動完成后,通??梢允褂眯〉枚嗟碾娏鲗⒋判竟潭ň臀?。如果電流不減小,繞組中會消耗相當大的功率,并且螺線管會產生大量的熱量。為了解決這些問題,可以使用恒流驅動器來驅動電磁線圈。電流可以隨時間控制,以提供理想的動作并限制消耗的功率以保持電磁線圈就位。測試設置為了比較不同螺線管驅動方案的機電性能,使用連接到具有撓性的螺線管的伺服電位計來構建簡單的測試設置,以測量螺線管的運動。運動,以及電壓和電流,使用示波器捕獲。使用MPS MPQ6610 IC驅動螺線管,設置如圖2所示。

電磁閥驅動的最佳方式是什么?(圖2)

2.測試裝置涉及一個伺服電位器,連接到一個帶有彎曲的螺線管。簡單的電磁驅動器驅動電磁閥的簡單方法是打開和關閉電流。這通常通過一個低端MOSFET開關和電流再循環二極管完成(圖3)。在該電路中,電流僅受電磁線圈的電源電壓和直流電阻的限制。

電磁閥驅動的最佳方式是什么?(圖3)

3.以簡單的方式驅動電磁線圈就是開關電流的問題,通常采用低端MOSFET開關和電流再循環二極管。簡單驅動器的機電性能受到限制。由于全部電壓和電流在100%的時間內施加,拉入電流受到螺線管持續功耗額定值的限制。線圈的大電感也限制了電磁線圈第一次啟動時電流增加的速度。在我們的測試中,測量了使用簡單開關的螺線管的運動,電壓和電流(圖4)。在這種情況下,每當電磁線圈啟動時,電磁線圈(15Ω,額定電壓為12 V)需要30 ms來驅動并消耗10 W的功率。

電磁閥驅動的最佳方式是什么?(圖4)

4.這些波形用簡單的開關表示螺線管的運動,電壓和電流。如果您想知道電流波形中的“谷”,則電流的減少是由于電磁鐵移動的磁芯產生反電動勢。當核心加速時,反電動勢會增加,直到電磁閥底部出現并停止移動。高性能電磁驅動器在大多數應用中,僅在需要全電流才能拉入螺線管。運動完成后,螺線管中的電流水平可以降低,這樣可以節省能源,并且可以減少線圈中產生的熱量。這也允許使用更高的電源電壓,這提供了更高的吸合電流,從而使螺線管更快地啟動并提供更大的力。

電磁閥驅動的最佳方式是什么?(圖5)

5.顯示的是MPQ6610降低的保持電流電路。一個MPS MPQ6610半橋驅動器以及一些外部元件可以完成這項任務(圖5)。 MPQ6610的額定電壓高達60 V和3A,并采用小型TSOT和SOIC封裝。產生的驅動波形如圖6所示。黃色跡線是驅動電磁線圈的OUT信號,綠色跡線是電磁線圈電流。驅動全電源電壓(在這種情況下為24 V)以吸入螺線管。經過一段延遲后,通過對輸出進行脈寬調制來降低電流。引入時間減少到16毫秒,保持功耗要低得多(約600毫瓦,而不是10瓦)。

電磁閥驅動的最佳方式是什么?(圖6)

6.這些是與MPQ6610相關的降低保持電流波形。這個電路是這樣工作的:輸入信號很低。這通過D1放電C1,并通過Q1保持ISET引腳為低電平。輸入信號變高,這使得MPQ6610能夠驅動輸出為高電平,并向螺線管施加全電源電壓。C1開始通過R1充電。電流來源于ISET引腳,與螺線管中流動的電流成比例。當C1充電時,ISET引腳上的電壓允許上升。假設電磁線圈中有足夠的電流流過,ISET引腳上的電壓繼續上升,直至達到其電流調節閾值(1.5 V)。此時,MPQ6610開始調節電磁線圈電流。穩壓保持電流由R2的值設置。延遲時間(以100%占空比驅動電磁線圈)由R1和C1的值設置。對于標準的3.3V邏輯電平,時間約為0.33×RC。對于上述示例,R1 = 100kΩ,C1 = 2.2μF,0.33×RC = 75 ms。有關更多信息,請參閱公司網站上的MPQ6610數據表和應用筆記。結論這里給出的測量結果表明,使用電流調節驅動器來驅動螺線管可以獲得更高的性能和更低的能耗。小型集成電路驅動器,如MPS MPQ6610,能夠以低成本提供這種性能優勢,并占用很少的PCB面積。

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