其中一種選擇是電流調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，它有助于提升性能，同時(shí)顯著降低能耗。
螺線管用于許多應(yīng)用中以在機(jī)械系統(tǒng)中提供線性或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。雖然驅(qū)動(dòng)電磁閥可以像打開(kāi)和關(guān)閉電流一樣簡(jiǎn)單，但通常使用專用IC驅(qū)動(dòng)它們可以獲得更好的性能。
在本文中，我們將研究驅(qū)動(dòng)電路如何影響電磁閥的機(jī)電性能。兩種不同的驅(qū)動(dòng)電路將進(jìn)行比較：一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)和一個(gè)電流調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。限制螺線管功耗的節(jié)能技術(shù)也將涵蓋在內(nèi)。
電磁閥基礎(chǔ)知識(shí)
在最簡(jiǎn)單的形式中，電磁線圈是產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈。我們通常稱之為螺線管的設(shè)備是使用線圈和由鐵或有時(shí)另一種磁性材料制成的移動(dòng)核心的設(shè)備。對(duì)線圈施加電流會(huì)使鐵芯相對(duì)于線圈被拉或推，導(dǎo)致用于在機(jī)械系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)典型的電磁線圈如圖1所示。
1.一個(gè)典型的電磁線圈由一個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈組成。
當(dāng)啟動(dòng)螺線管時(shí)，電壓被施加到繞組上以產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于繞組具有較大的電感，因此電流需要一段時(shí)間才能形成。電磁鐵芯上的力與電流成正比。為了產(chǎn)生最大的力來(lái)移動(dòng)磁芯，必須在繞組上施加高電壓以快速建立電流。
一旦運(yùn)動(dòng)完成后，通常可以使用小得多的電流將磁芯固定就位。如果電流不減小，繞組中會(huì)消耗相當(dāng)大的功率，并且螺線管會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。
為了解決這些問(wèn)題，可以使用恒流驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁線圈。電流可以隨時(shí)間控制，以提供理想的動(dòng)作并限制消耗的功率以保持電磁線圈就位。
測(cè)試設(shè)置
為了比較不同螺線管驅(qū)動(dòng)方案的機(jī)電性能，使用連接到具有撓性的螺線管的伺服電位計(jì)來(lái)構(gòu)建簡(jiǎn)單的測(cè)試設(shè)置，以測(cè)量螺線管的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)，以及電壓和電流，使用示波器捕獲。使用MPS MPQ6610 IC驅(qū)動(dòng)螺線管,設(shè)置如圖2所示。
2.測(cè)試裝置涉及一個(gè)伺服電位器，連接到一個(gè)帶有彎曲的螺線管。
簡(jiǎn)單的電磁驅(qū)動(dòng)器
驅(qū)動(dòng)電磁閥的最簡(jiǎn)單方法是打開(kāi)和關(guān)閉電流。這通常通過(guò)一個(gè)低端MOSFET開(kāi)關(guān)和電流再循環(huán)二極管完成（圖3）。在該電路中，電流僅受電磁線圈的電源電壓和直流電阻的限制。
3.以最簡(jiǎn)單的方式驅(qū)動(dòng)電磁線圈就是開(kāi)關(guān)電流的問(wèn)題，通常采用低端MOSFET開(kāi)關(guān)和電流再循環(huán)二極管。
簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)器的機(jī)電性能受到限制。由于全部電壓和電流在100％的時(shí)間內(nèi)施加，拉入電流受到螺線管持續(xù)功耗額定值的限制。線圈的大電感也限制了電磁線圈第一次啟動(dòng)時(shí)電流增加的速度。
在我們的測(cè)試中，測(cè)量了使用簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)的螺線管的運(yùn)動(dòng)，電壓和電流（圖4）。在這種情況下，每當(dāng)電磁線圈啟動(dòng)時(shí)，電磁線圈（15Ω，額定電壓為12 V）需要30 ms來(lái)驅(qū)動(dòng)并消耗10 W的功率。
4.這些波形用簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)表示螺線管的運(yùn)動(dòng)，電壓和電流。
如果您想知道電流波形中的“谷”，則電流的減少是由于電磁鐵移動(dòng)的磁芯產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)核心加速時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)會(huì)增加，直到電磁閥底部出現(xiàn)并停止移動(dòng)。
高性能電磁驅(qū)動(dòng)器
在大多數(shù)應(yīng)用中，僅在最初需要全電流才能拉入螺線管。運(yùn)動(dòng)完成后，螺線管中的電流水平可以降低，這樣可以節(jié)省能源，并且可以減少線圈中產(chǎn)生的熱量。這也允許使用更高的電源電壓，這提供了更高的吸合電流，從而使螺線管更快地啟動(dòng)并提供更大的力。
5.顯示的是MPQ6610降低的保持電流電路。
一個(gè)MPS MPQ6610半橋驅(qū)動(dòng)器以及一些外部元件可以完成這項(xiàng)任務(wù)（圖5）。 MPQ6610的額定電壓高達(dá)60 V和3A，并采用小型TSOT和SOIC封裝。
產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)波形如圖6所示。黃色跡線是驅(qū)動(dòng)電磁線圈的OUT信號(hào)，綠色跡線是電磁線圈電流。最初，驅(qū)動(dòng)全電源電壓（在這種情況下為24V）以吸入螺線管。經(jīng)過(guò)一段延遲后，通過(guò)對(duì)輸出進(jìn)行脈寬調(diào)制來(lái)降低電流。引入時(shí)間減少到16毫秒，保持功耗要低得多（約600毫瓦，而不是10瓦）。
6.這些是與MPQ6610相關(guān)的降低保持電流波形。
這個(gè)電路是這樣工作的：
最初，輸入信號(hào)很低。這通過(guò)D1放電C1，并通過(guò)Q1保持ISET引腳為低電平。
輸入信號(hào)變高，這使得MPQ6610能夠驅(qū)動(dòng)輸出為高電平，并向螺線管施加全電源電壓。C1開(kāi)始通過(guò)R1充電。電流來(lái)源于ISET引腳，與螺線管中流動(dòng)的電流成比例。當(dāng)C1充電時(shí)，ISET引腳上的電壓允許上升。
假設(shè)電磁線圈中有足夠的電流流過(guò)，ISET引腳上的電壓繼續(xù)上升，直至達(dá)到其電流調(diào)節(jié)閾值（1.5 V）。此時(shí)，MPQ6610開(kāi)始調(diào)節(jié)電磁線圈電流。穩(wěn)壓保持電流由R2的值設(shè)置。
延遲時(shí)間（以100％占空比驅(qū)動(dòng)電磁線圈）由R1和C1的值設(shè)置。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的3.3V邏輯電平，時(shí)間約為0.33×RC。對(duì)于上述示例，R1 = 100kΩ，C1 = 2.2μF，0.33×RC = 75 ms。
有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱公司網(wǎng)站上的MPQ6610數(shù)據(jù)表和應(yīng)用筆記。
這里給出的測(cè)量結(jié)果表明，使用電流調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)螺線管可以獲得更高的性能和更低的能耗。小型集成電路驅(qū)動(dòng)器，如MPS MPQ6610，能夠以低成本提供這種性能優(yōu)勢(shì)，并占用很少的PCB面積。
