Как лучше всего управлять электромагнитным клапаном

Один из вариантов - привод с регулировкой тока, который позволяет повысить производительность и значительно снизить энергопотребление.

Соленоиды используются во многих приложениях для обеспечения линейного или вращательного привода в механических системах. Хотя управлять соленоидами можно простым включением и выключением тока, более высокая производительность часто достигается при управлении ими с помощью специальной ИС.

В этой статье мы рассмотрим, как схемы привода влияют на электромеханические характеристики электромагнитных клапанов. Будет проведено сравнение двух различных схем привода: простого переключателя и драйвера с регулировкой тока. Также будут рассмотрены методы энергосбережения для ограничения энергопотребления соленоидов.

I Основы электромагнитных клапанов

В самом простом виде соленоид - это катушка, создающая магнитное поле. Устройства, которые мы обычно называем соленоидами, представляют собой устройства с катушкой и подвижным сердечником из железа или иногда другого магнитного материала. При подаче электрического тока на катушку сердечник вытягивается или толкается относительно катушки, что приводит к движению, используемому для приведения в движение объектов в механической системе.

1. Типичный соленоид состоит из катушки, создающей магнитное поле.

Когда соленоид активируется, на его обмотки подается напряжение, создающее магнитное поле. Поскольку обмотки обладают большой индуктивностью, для возникновения тока требуется некоторое время. Сила, действующая на сердечник соленоида, пропорциональна силе тока. Чтобы создать максимальное усилие для перемещения сердечника, к обмоткам необходимо приложить высокое напряжение для быстрого создания тока.

После завершения движения для удержания сердечника на месте обычно можно использовать гораздо меньший ток. Если ток не уменьшить, в обмотках рассеивается значительная мощность, и соленоид выделяет много тепла.

Чтобы решить эти проблемы, мы можем использовать драйвер постоянного тока для управления соленоидом. Мы можем регулировать ток по времени, чтобы обеспечить желаемое действие, и ограничить потребляемую мощность, удерживая соленоид на месте.

II Испытательная установка

Чтобы сравнить электромеханические характеристики различных соленоидных приводов, была создана простая испытательная установка с сервопотенциометром, подключенным к соленоиду с изгибом для измерения движения соленоида. Движение, а также напряжения и токи фиксировались с помощью осциллографа.

2. Испытательная установка включает в себя сервопотенциометр, соединенный с соленоидом с помощью изгиба.

III Простой соленоидный драйвер

Самый простой способ управления электромагнитным клапаном - включать и выключать ток. Обычно для этого используется МОП-переключатель с низкой стороной и диод рециркуляции тока. В этой схеме ток ограничивается только напряжением питания и постоянным сопротивлением соленоида.

3. Управление соленоидом проще всего сводится к переключению тока, которое обычно осуществляется с помощью низкоуровневого MOSFET-переключателя и диода рециркуляции тока.

The electromechanical performance of a simple driver is limited. Since the full voltage and current are applied 100% of the time, the pull-in current is limited by the solenoid’s continuous power consumption rating. The large inductance of the coil also limits the rate at which the current increases when the solenoid is first started.

В наших тестах движение, напряжение и ток соленоида измерялись с помощью простого переключателя. В этом случае соленоид (15 Ом, номинальное напряжение 12 В) срабатывал за 30 мс и потреблял 10 Вт энергии при каждом включении соленоида.

4. Эти формы сигналов представляют движение соленоида с помощью простых переключателей напряжения и тока.

If you are wondering about the “valleys” in the current waveforms, the decrease in current is due to the counter-electromotive force generated by the moving core of the solenoid. As the core accelerates, the counter electromotive force increases until the bottom of the solenoid appears and stops moving.

IV Высокопроизводительные соленоидные драйверы

В большинстве случаев полный ток требуется только на начальном этапе, чтобы затянуть соленоид. После завершения движения уровень тока в соленоиде может быть снижен, что позволяет экономить энергию и уменьшает количество тепла, выделяемого в катушке. Это также позволяет использовать более высокое напряжение питания, которое обеспечивает более высокий ток всасывания, что позволяет соленоиду запускаться быстрее и обеспечивать большее усилие.

5. Показывает схему уменьшения тока удержания MPQ6610.

Полумостовой драйвер MPS MPQ6610 и несколько внешних компонентов решают эту задачу. Драйвер MPQ6610 рассчитан на напряжение до 60 В и ток 3 А и выпускается в небольших корпусах TSOT и SOIC.

Результирующая форма сигнала привода показана на рисунке 6. Желтый след - выходной сигнал приводного соленоида, зеленый след - соленоид. Вначале подается полное напряжение питания (в данном случае 24 В), чтобы втянуть соленоид. После некоторой задержки ток уменьшается с помощью широтно-импульсной модуляции выходного сигнала. Время включения сокращается до 16 миллисекунд, при этом потребляемая мощность значительно снижается (около 600 милливатт вместо 10 ватт).

6. Это уменьшенные формы тока, относящиеся к MPQ6610.

Эта схема работает следующим образом:

Первоначально входной сигнал имеет низкий уровень. Это разряжает C1 через D1 и удерживает вывод ISET в низком состоянии через Q1.

Входной сигнал становится высоким, что позволяет MPQ6610 перевести выход в высокий уровень и подать полное напряжение питания на соленоид.C1 начинает заряжаться через R1. Ток поступает с вывода ISET и пропорционален току, протекающему в соленоиде. Напряжение на выводе ISET должно расти по мере заряда C1.

При условии, что в соленоиде протекает достаточный ток, напряжение на выводе ISET продолжает расти, пока не достигнет порога регулирования тока (1,5 В). В этот момент MPQ6610 начинает регулировать ток соленоида. Регулируемый ток удержания задается значением R2.

Время задержки (управление соленоидом при рабочем цикле 100%) задается значениями R1 и C1. Для стандартного логического уровня 3,3 В время составляет примерно 0,33 × RC. Для приведенного выше примера R1 = 100 kΩ, C1 = 2,2 мкФ, а 0,33 × RC = 75 мс.

Компания Jiechuang Technology Co., Ltd. занимается разработкой и производством различных типов клапанов, добро пожаловать на консультации и запросы, мы будем рады служить вам. Пожалуйста, перейдите по этому URL (www.bcstgroup.com) для просмотра.