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获得电磁阀/继电器驱动器的新型节能器的技术

作者:admin日期:2017/06/27 10:28

当我想到用于电磁铁和继电器的节能器电路时,我想起了一个短语,“你不能用你的蛋糕,也可以吃它”。这个短语想到,因为如果你使用电磁节能器,适用!

在工程方面,如烘焙食品一样,总有权衡影响您的决定。虽然你不能吃蛋糕,但也可以使用节能器来强劲的初始拉入力,而从长远来看,仍然驱动低电流的螺线管电磁铁。

物理学

如果我想对我的电磁铁有强大的拉力,我需要用大电流驱动它。这是因为磁力的强度与电流平方成正比。在电磁铁行程开始时,电枢或柱塞必须克服摩擦和弹簧力。此外,中风开始时的力量很弱,因为它取决于间隙的大小(见下面的方程式)。这就是为什么初始拉入需要大电流的原因。

该方程式近似于电磁铁的力。Ñ是匝数,阿是柱塞的截面积,克是间隙尺寸,μ Ö是空气的导磁率,并且我是电流。由于电磁铁力取决于间隙尺寸和电流,当间隙尺寸小时,力变大。这意味着即使使用相同的力量要求,您需要更少的电流来将电磁阀固定到位。

节能器电路

电磁铁节能器电路最初在电磁铁拉入期间提供大电流,然后将电流降低到较低的水平以将柱塞保持在适当位置。这是你如何可以让你的蛋糕和吃它也。您可以实现无源组件,专用集成电路或微控制器的节能电路。节能器功能的一些常见描述符包括:
高峰期
穗和握
拉入并保持
电磁经济电路
激活电流和保持电流
尖峰和持有

尖峰和保持通常描述使用外部电阻和电容器的简单节能器电路。电容器的瞬态响应导致“尖峰”。一旦电容器完全充电,通过线圈的电流达到较低的稳态值。这提供了一些保存在保持区域中的功能。图1所示的电路和范围来自Paul Rako的“电子设计”电磁驱动技术文章,他从Bob Pease获悉。

这个峰值保持电路由Bob Pease开发。

虽然尖峰保持电路简单,但是这种配置的功耗仍然相当高。从附加的外部电阻器消耗的功率与电磁铁本身消耗的功率几乎相同(保罗建议选择额定电磁铁电阻80%的外部电阻)。对于这种配置,你可以吃一些蛋糕,但是你只需要一半的蛋糕。

PWM驱动

正如脉冲宽度调制(PWM)用于驱动电机一样,它也可以驱动电磁铁。节能器功能可以在具有微控制器或专用集成电路(IC)的固件中完成(图2)。

显示的是DRV104 PWM电磁节能器(上图),微控制器驱动具有PWM(电磁铁)的电磁阀。

为了实现节能器,将驱动晶体管导通一段预定的时间,以确保电磁线圈的启动(拉入)。经过一段时间后,节能器将输出一个PWM信号,以减少线圈中的电流。图3显示了PWM实现的电流和电压驱动输出。

以下是使用PWM(来自DRV104数据表)的电磁节能器电压和电流输出的 示例。
电流控制

您可以通过使用电流检测反馈来实现电流控制,进一步提高电磁节能器电路的性能。如方程式所示,电磁铁的力与电流的平方成正比。当柱塞间隙尺寸较大时,需要大的电流产生强磁力。在间隙闭合之后,磁力大,并且需要更少的电流来将柱塞保持就位。图4显示了可能用于三相接触器的示例电路。图5显示了电流控制节能器的峰值电流和保持电流曲线。

电流控制有两个主要优点:温度可靠,无论电压如何,均可工作。由于电磁铁或继电器线圈从I 2 R损耗加热或受其环境温度升高,线圈电阻增加。如果螺线管由上述固定电压或开环PWM驱动驱动,则线圈中的电流随着温度和电阻的增加而减小。

该电流调节节能器采用 TI DRV110,TI DRV110采用滞环控制来调节线圈中的电流。

由于磁力取决于电流,电磁铁或继电器电枢可能会因电流下降而失效。这可能意味着阀应该打开时关闭阀门,或者当阀门关闭时继电器打开。在闭环监控电流时,节能器可以调整PWM占空比,以确保可靠的电磁阀和电流过温。

有时,继电器或电磁铁具有良好的性能,但可能不会对系统中可用的电压轨进行额定。电磁铁通过电流运行,但是当使用高于螺线管额定电压的电压时,也可能被过大的电流破坏(认为I = V / R,电磁阀的串联电阻)。当节能器电路直接控制电流时,会消除过电流状况的危险,从而破坏电磁铁。此外,以这种方式使用闭环电流调节意味着您可以在多个产品中使用单个电磁阀设计。我的博客文章“ 从电源电压联锁中解除电磁铁或继电器 ”更详细地描述了这些优点。


5.显示DRV110的峰值保持电磁线圈图。

结论

节能器电路采用电磁铁和继电器的物理学技术,为电磁铁驱动带来功率节省和可靠性。它们最初提供大电流以拉入电磁铁或继电器的电枢。然后,当电磁铁具有更强的磁场以在运行期间节省电力时,它们提供较低的电流。虽然您可能无法拿到自己的蛋糕,也可以吃掉它,您可以为电磁阀/继电器驱动应用带来可靠性和功耗。