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电磁阀驱动的最佳方式是什么?
其中一种选择是电流调节驱动器,它有助于提升性能,同时显着降低能耗。 
螺线管用于许多应用中以在机械系统中提供线性或旋转驱动。虽然驱动电磁阀可以像打开和关闭电流一样简单,但通常使用专用IC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电磁阀的机电性能。两种不同的驱动电路将进行比较:一个简单的开关和一个电流调节驱动器。限制螺线管功耗的节能技术也将涵盖在内。
电磁阀基础知识
在最简单的形式中,电磁线圈是产生磁场的线圈。我们通常称之为螺线管的设备是使用线圈和由铁或有时另一种磁性材料制成的移动核心的设备。对线圈施加电流会使铁芯相对于线圈被拉或推,导致用于在机械系统中驱动物体的运动。一个典型的电磁线圈如图1所示。
1.一个典型的电磁线圈由一个产生磁场的线圈组成。
当启动螺线管时,电压被施加到绕组上以产生磁场。由于绕组具有较大的电感,因此电流需要一段时间才能形成。电磁铁芯上的力与电流成正比。为了产生最大的力来移动磁芯,必须在绕组上施加高电压以快速建立电流。
一旦运动完成后,通常可以使用小得多的电流将磁芯固定就位。如果电流不减小,绕组中会消耗相当大的功率,并且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电磁线圈。电流可以随时间控制,以提供理想的动作并限制消耗的功率以保持电磁线圈就位。
测试设置
为了比较不同螺线管驱动方案的机电性能,使用连接到具有挠性的螺线管的伺服电位计来构建简单的测试设置,以测量螺线管的运动。运动,以及电压和电流,使用示波器捕获。使用MPS MPQ6610 IC驱动螺线管,设置如图2所示。
2.测试装置涉及一个伺服电位器,连接到一个带有弯曲的螺线管。
简单的电磁驱动器
驱动电磁阀的最简单方法是打开和关闭电流。这通常通过一个低端MOSFET开关和电流再循环二极管完成(图3)。在该电路中,电流仅受电磁线圈的电源电压和直流电阻的限制。
3.以最简单的方式驱动电磁线圈就是开关电流的问题,通常采用低端MOSFET开关和电流再循环二极管。
简单驱动器的机电性能受到限制。由于全部电压和电流在100%的时间内施加,拉入电流受到螺线管持续功耗额定值的限制。线圈的大电感也限制了电磁线圈第一次启动时电流增加的速度。
在我们的测试中,测量了使用简单开关的螺线管的运动,电压和电流(图4)。在这种情况下,每当电磁线圈启动时,电磁线圈(15Ω,额定电压为12 V)需要30 ms来驱动并消耗10 W的功率。
4.这些波形用简单的开关表示螺线管的运动,电压和电流。
如果您想知道电流波形中的“谷”,则电流的减少是由于电磁铁移动的磁芯产生反电动势。当核心加速时,反电动势会增加,直到电磁阀底部出现并停止移动。

高性能电磁驱动器
在大多数应用中,仅在最初需要全电流才能拉入螺线管。运动完成后,螺线管中的电流水平可以降低,这样可以节省能源,并且可以减少线圈中产生的热量。这也允许使用更高的电源电压,这提供了更高的吸合电流,从而使螺线管更快地启动并提供更大的力。
5.显示的是MPQ6610降低的保持电流电路。
一个MPS MPQ6610半桥驱动器以及一些外部元件可以完成这项任务(图5)。 MPQ6610的额定电压高达60 V和3A,并采用小型TSOT和SOIC封装。
产生的驱动波形如图6所示。黄色迹线是驱动电磁线圈的OUT信号,绿色迹线是电磁线圈电流。最初,驱动全电源电压(在这种情况下为24V)以吸入螺线管。经过一段延迟后,通过对输出进行脉宽调制来降低电流。引入时间减少到16毫秒,保持功耗要低得多(约600毫瓦,而不是10瓦)。
6.这些是与MPQ6610相关的降低保持电流波形。 
这个电路是这样工作的: 
最初,输入信号很低。这通过D1放电C1,并通过Q1保持ISET引脚为低电平。 
输入信号变高,这使得MPQ6610能够驱动输出为高电平,并向螺线管施加全电源电压。C1开始通过R1充电。电流来源于ISET引脚,与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。
假设电磁线圈中有足够的电流流过,ISET引脚上的电压继续上升,直至达到其电流调节阈值(1.5 V)。此时,MPQ6610开始调节电磁线圈电流。稳压保持电流由R2的值设置。
延迟时间(以100%占空比驱动电磁线圈)由R1和C1的值设置。对于标准的3.3V逻辑电平,时间约为0.33×RC。对于上述示例,R1 = 100kΩ,C1 = 2.2μF,0.33×RC = 75 ms。
有关更多信息,请参阅公司网站上的MPQ6610数据表和应用笔记。
这里给出的测量结果表明,使用电流调节驱动器来驱动螺线管可以获得更高的性能和更低的能耗。小型集成电路驱动器,如MPS MPQ6610,能够以低成本提供这种性能优势,并占用很少的PCB面积。

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