高性能电磁阀驱动器

作者:Pete Millett,单片电力系统的高级技术营销工程师

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电磁阀驱动在许多应用中被用于在机械系统中提供188比分直播吧线性或旋转驱动。虽然驱动螺线管可以像开关电流一样简单,但通常使用专用IC来驱动它们可以获得更好的性能。

在本文中,我们将研究驱动电路如何影响螺线管的机电性能。将比较两种不同的驱动电路:一个简单的开关和一个电流调节驱动器。还将说明限制电磁阀中功耗的节能技术。


电磁基本知识

电磁阀最简单的形式是产生磁场的线圈。我们通常称为螺线管驱动器的设备是使用线圈和由铁或其他磁性材料制成的移动磁芯的设备。对线圈施加电流会导致磁芯相对于线圈被拉或推,从而引起用于驱动机械系统中的某些东西的运动。典型的螺线管驱动器如图1所示。

图1:典型的螺线管

图1:典型的螺线管

当驱动螺线管时,电压被施加到绕组上以产生磁场。由于绕组电感很大,电流需要一段时间才能积聚起来。电磁阀芯上的力与电流成正比。为了产生最大的力来移动磁芯,必须对绕组施加高电压以快速形成电流。

一旦运动完成,一个小得多的电流通常可以用来保持核心的位置。如果不降低电流,绕组中会损耗相当大的功率,螺线管会产生大量的热量。

为了解决这些问题,可以使用恒流驱动器来驱动螺线管。电流可以随着时间的推移进行控制,以提供理想的驱动,并限制功率耗散,以保持螺线管到位。

测试设置

为了比较不同电磁阀驱动器方案的机电性能,建立了一个简单的测试装置,使用伺服电位器连接到一个具有柔性的电磁阀,以测量电磁阀的运动。运动以及电压和电流都是用示波器捕捉到的。采用MPS MPQ6610集成电路驱动电磁阀。设置如图2所示。

图2:测试设置

图2:测试设置


简单电磁驱动器

驱动螺线管最简单的方法是简单地开关电流开和关。这通常是通过低侧MOSFET开关和电流再循环二极管来完成的(见图3)。在这种电路中,电流仅受电源电压和螺线管的直流电阻的限制。

图3:简单的电磁驱动器

图3:简单的电磁驱动器

简单驱动器的机电性能是有限的。由于100%的时间都施加满电压和电流,拉入电流受到螺线管连续功耗额定值的限制。线圈的大电感也限制了电磁阀第一次激活时电流增加的速度。

在我们的测试中,使用一个简单的开关测量螺线管的运动、电压和电流(见图4)。在本例中,螺线管(15Ω,额定12V)启动需要30ms,每次启动螺线管驱动器都会消耗10W的功率。

图4:简单开关波形

图4:简单开关波形

>如果你想知道电流波形中的“山谷”,电流的减少是由于螺线管移动核心产生的反电动势。反电动势随着核心加速而增加,直到螺线管底部出来并停止移动。


高性能电磁阀驱动器

在大多数应用中,188比分直播吧只需要最初的全电流拉进电磁驱动器。在运动完成后,螺线管中的电流水平可以降低,从而节省能源,并在线圈中产生更少的热量。这也允许使用更高的电源电压,这提供了更高的拉入电流,使螺线管驱动更快,并提供更多的力量。

MPS MPQ6610半桥驱动器与一些外部组件可以实现这一点(见图5)。MPQ6610额定电压高达60V和3A,可在小型TSOT和SOIC封装。

图5:MPQ6610低保持电流电路

图5:MPQ6610低保持电流电路

由此产生的驱动波形如图6所示。黄色迹线是驱动螺线管的OUT信号,绿色迹线是螺线管电流。最初,全电源电压(在本例中为24V)被驱动拉入螺线管。延时后,电流通过脉冲宽度调制输出减小。拉入时间减少到16ms,保持功耗也大大降低(约600mW而不是10W)。

图6:减小保持电流波形

图6:减小保持电流波形

这个电路的工作原理是这样的:最初,输入信号很低。这放电C1到D1,并保持ISET引脚低通过Q1。输入信号走高,使MPQ6610和驱动输出高,应用充分的电源电压到螺线管。C1开始通过R1充电。电流来自ISET引脚,与在螺线管中流动的电流成比例。当C1充电时,ISET引脚上的电压允许上升。

假设螺线管中有足够的电流流动,ISET引脚上的电压继续上升,直到达到其电流调节阈值(1.5V)。此时,MPQ6610开始调节螺线管电流。保持电流的调节值为R2。

延迟时间(电磁阀在100%占空比下驱动)由R1和C1的值设置。对于标准3.3V逻辑电平,时间约为0.33 × RC。以R1 = 100kΩ, C1 = 2.2μF, 0.33 x RC = 75mS为例。

有关更多信息,请参阅MPQ6610数据表和应用说明www.hkjx8866.com。


结论

这里给出的测量结果表明,使用电流调节驱动器驱动螺线管可以提高性能并降低能耗。小型IC驱动器,如MPS MPQ6610,以较小的成本提供这种性能优势,并且需要非常少的PCB面积。

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