Quelle est la meilleure façon de piloter une électrovanne ?

L'une des options est un variateur à régulation de courant, qui permet d'améliorer les performances tout en réduisant de manière significative la consommation d'énergie.

Les solénoïdes sont utilisés dans de nombreuses applications pour fournir un actionnement linéaire ou rotatif dans des systèmes mécaniques. Bien que le pilotage des solénoïdes puisse être aussi simple que d'activer et de désactiver le courant, de meilleures performances sont souvent obtenues en les pilotant à l'aide d'un circuit intégré dédié.

Cet article examine comment les circuits d'entraînement affectent les performances électromécaniques des électrovannes. Deux circuits d'entraînement différents seront comparés : un simple commutateur et un pilote à régulation de courant. Les techniques d'économie d'énergie permettant de limiter la consommation d'énergie des solénoïdes seront également abordées.

I Principes de base des électrovannes

Dans sa forme la plus simple, un solénoïde est une bobine qui génère un champ magnétique. Les dispositifs que nous appelons communément solénoïdes sont des dispositifs qui utilisent une bobine et un noyau mobile fait de fer ou parfois d'un autre matériau magnétique. L'application d'un courant électrique à la bobine entraîne la traction ou la poussée du noyau par rapport à la bobine, ce qui produit un mouvement utilisé pour entraîner des objets dans un système mécanique.

1. Un solénoïde typique est constitué d'une bobine qui produit un champ magnétique.

Lorsque le solénoïde est activé, une tension est appliquée aux enroulements pour créer un champ magnétique. Comme les enroulements ont une grande inductance, il faut un certain temps pour qu'un courant se développe. La force exercée sur le noyau du solénoïde est proportionnelle au courant. Afin de générer une force maximale pour déplacer le noyau, une tension élevée doit être appliquée aux enroulements pour créer rapidement un courant.

Une fois le mouvement terminé, un courant beaucoup plus faible peut généralement être utilisé pour maintenir le noyau en place. Si le courant n'est pas réduit, une puissance considérable est dissipée dans les enroulements et le solénoïde génère beaucoup de chaleur.

Pour résoudre ces problèmes, nous pouvons utiliser un pilote à courant constant pour piloter le solénoïde. Nous pouvons contrôler le courant dans le temps, afin d'obtenir l'action souhaitée, et limiter la puissance consommée en maintenant le solénoïde en place.

II Configuration de l'essai

Pour comparer les performances électromécaniques de différentes solutions d'entraînement par solénoïde, un dispositif d'essai simple a été construit à l'aide d'un servo-potentiomètre connecté à un solénoïde avec une flexion pour mesurer le mouvement du solénoïde. Le mouvement, ainsi que les tensions et les courants, ont été saisis à l'aide d'un oscilloscope.

2. Le dispositif d'essai comprend un servo-potentiomètre connecté à un solénoïde avec une flexion.

III Pilote de solénoïde simple

La manière la plus simple de piloter une électrovanne est d'activer et de désactiver le courant. Cette opération est généralement réalisée à l'aide d'un commutateur MOSFET du côté bas et d'une diode de recirculation du courant. Le courant n'est limité que par la tension d'alimentation et la résistance au courant continu de l'électrovalve dans ce circuit.

3. Le pilotage du solénoïde se fait le plus simplement du monde par la commutation du courant, ce qui est généralement réalisé avec un commutateur MOSFET bas de gamme et une diode de recirculation de courant.

Les performances électromécaniques d'un simple pilote sont limitées. Comme la tension et le courant sont appliqués en totalité 100% du temps, le courant d'appel est limité par la consommation nominale continue du solénoïde. La grande inductance de la bobine limite également la vitesse à laquelle le courant augmente lorsque le solénoïde est mis en marche pour la première fois.

Dans nos tests, le mouvement, la tension et le courant du solénoïde ont été mesurés à l'aide d'un simple interrupteur. Dans ce cas, le solénoïde (15 Ω, 12 V) mettait 30 ms à s'actionner et consommait 10 W d'énergie chaque fois qu'il était activé.

4. Ces formes d'onde représentent le mouvement du solénoïde avec de simples commutateurs pour la tension et le courant.

Si vous vous interrogez sur les “creux” dans les formes d'onde du courant, la diminution du courant est due à la force contre-électromotrice générée par le noyau mobile du solénoïde. À mesure que le noyau accélère, la force contre-électromotrice augmente jusqu'à ce que le fond du solénoïde apparaisse et s'arrête de bouger.

IV Pilotes de solénoïdes haute performance

Dans la plupart des applications, le courant complet n'est nécessaire qu'au début pour tirer le solénoïde. Une fois le mouvement terminé, le niveau de courant dans le solénoïde peut être réduit, ce qui permet d'économiser de l'énergie et de réduire la quantité de chaleur générée dans la bobine. Cela permet également d'utiliser une tension d'alimentation plus élevée, qui fournit un courant d'aspiration plus élevé, ce qui permet au solénoïde de démarrer plus rapidement et de fournir plus de force.

5. Montre le circuit de courant de maintien réduit du MPQ6610.

Un pilote demi-pont MPQ6610 de MPS et quelques composants externes accomplissent cette tâche. Le MPQ6610 a une tension nominale de 60 V et 3 A et est disponible en petits boîtiers TSOT et SOIC.

La forme d'onde d'entraînement résultante est illustrée à la figure 6. Le tracé jaune est le signal de sortie du solénoïde de commande, et le tracé vert est le solénoïde. Au départ, la tension d'alimentation totale (24 V dans ce cas) est utilisée pour alimenter le solénoïde. Après un certain temps, le courant est réduit par modulation de largeur d'impulsion de la sortie. Le temps d'introduction est réduit à 16 millisecondes, ce qui permet de maintenir la consommation d'énergie à un niveau nettement inférieur (environ 600 milliwatts au lieu de 10 watts).

6. Il s'agit des formes d'ondes de courant réduit relatives au MPQ6610.

Ce circuit fonctionne comme suit :

Initialement, le signal d'entrée est bas. Ceci décharge C1 à travers D1 et maintient la broche ISET basse à travers Q1.

Le signal d'entrée passe à l'état haut, ce qui permet au MPQ6610 de faire passer la sortie à l'état haut et d'appliquer la pleine tension d'alimentation au solénoïde.C1 commence à se charger par l'intermédiaire de R1. Le courant provient de la broche ISET et est proportionnel au courant circulant dans le solénoïde. La tension sur la broche ISET peut augmenter au fur et à mesure que C1 se charge.

En supposant qu'un courant suffisant circule dans le solénoïde, la tension sur la broche ISET continue d'augmenter jusqu'à ce qu'elle atteigne son seuil de régulation de courant (1,5 V). A ce moment, le MPQ6610 commence à réguler le courant du solénoïde. Le courant de maintien régulé est défini par la valeur de R2.

Le temps de retard (pilotage du solénoïde à un rapport cyclique de 100%) est fixé par les valeurs de R1 et C1. Pour un niveau logique standard de 3,3 V, le temps est d'environ 0,33 × RC. Pour l'exemple ci-dessus, R1 = 100 kΩ, C1 = 2,2 μF et 0,33 × RC = 75 ms.

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