一種能實現(xiàn)電磁鐵快速換向的控制電路

0   引言

電磁鐵是利用載流鐵心線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機械裝置，以完成預(yù)期動作的一種電器，是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種電磁元件。因其具備控制的簡便性，工作穩(wěn)定性及可靠性，所以在OA 產(chǎn)品及金融電子設(shè)備的換向結(jié)構(gòu)上得到廣泛的應(yīng)用。但科技的發(fā)展對產(chǎn)品的運行速度不斷提出新要求，傳統(tǒng)的電磁鐵控制電路制約了電磁鐵的響應(yīng)速度^[1]，從而影響了產(chǎn)品運行速度的提升。本文將結(jié)合OA 產(chǎn)品的通道換向機構(gòu)，重點分析傳統(tǒng)的電磁鐵控制電路的弊端，介紹基于傳統(tǒng)的電磁鐵控制電路進行改良，實現(xiàn)電磁鐵快速換向的新型控制電路。

1   傳統(tǒng)電磁鐵控制電路的弊端分析

圖1 為通常應(yīng)用于OA 產(chǎn)品輸送通道上的電磁鐵換向機構(gòu)，其工作原理是采用直線電磁鐵對換向塊進行兩個方向的通道切換。電磁鐵的傳統(tǒng)控制電路如圖2 所示，使用一只MOS 管V1 對電磁鐵進行驅(qū)動，輸入信號ON_OFF 為高電平時，V1 的D、S 端導(dǎo)通，DC 36V 電源驅(qū)動電磁鐵吸合而連通通道方向1；相反，當(dāng)輸入信號ON_OFF 為低電平時，V1 關(guān)閉輸出，電磁鐵在回位彈簧的作用下恢復(fù)到通道方向2。圖中的V2 是續(xù)流二極管，起到了V1 關(guān)閉輸出后電磁鐵兩端的反向電壓的箝位和續(xù)流作用，主要作用是防止MOS 管V1 及電源其他元件損壞；F1 是熔斷式保險絲，起到了短路保護的作用。上述傳統(tǒng)控制電路存在以下缺點：換向速度慢，原因是V1 關(guān)閉輸出后，電磁鐵上的磁力能轉(zhuǎn)換成電能，通過續(xù)流二極管V2 慢速消耗，消耗過程中形成的回路電流使電磁鐵有一定的保持力，從而不能在回位彈簧的作用下快速回位換向。

圖1 電磁鐵換向機構(gòu)

圖2 傳統(tǒng)的電磁鐵驅(qū)動電路圖

2   快速換向控制電路結(jié)構(gòu)及其工作原理

2.1 電路結(jié)構(gòu)原理圖

基于上述傳統(tǒng)控制電路的缺陷分析^[2]，提出圖3 所示的一種新的電磁鐵控制電路，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動管關(guān)閉輸出時電磁鐵磁力能的快速消耗，從而提高換向機構(gòu)的換向速度。

圖3 新型電磁鐵驅(qū)動電路圖

2.2 電路控制的工作原理

圖3 所示的新型電磁鐵驅(qū)動電路可對單路電磁鐵進行驅(qū)動控制，V2 是一個N 溝道MOS 管，作用是控制電磁鐵的電源開啟和關(guān)斷；V2 是普通開關(guān)二極管，起到了單向?qū)ǖ墓δ?；V3 是TVS 二極管，作用是對大于其閾值的電壓做快速吸收；V4 是P 溝道MOS 管，作用是關(guān)閉V3 的上述作用；R1、R2、R3 和V5 的作用是驅(qū)動V4；F1 是熔斷式保險絲，起到短路保護的作用，具體如下：當(dāng)ON_OFF1 輸入高電平“1”時，V1 的D、S 端導(dǎo)通，DC 36 V 電源驅(qū)動電磁鐵工作，通道方向?qū)⒖焖偾袚Q到通道方向1。在電磁鐵正常工作時，當(dāng)ON_OFF1輸入低電平“0”、ON_OFF2 輸入低電平“0”時，V1、V4 和V5 關(guān)斷，電磁鐵掉電，根據(jù)電感續(xù)流特性，電磁鐵將產(chǎn)生反向電壓，其2 腳電壓高于1 腳，反向電壓通過V2 加載到V3的兩端，V3 的TVS 特性使得反向電流快速消耗完畢，實現(xiàn)電磁鐵快速釋放，通道方向切換至通道方向2。在電磁鐵正常工作時，當(dāng)ON_OFF1輸入低電平“0”、ON_OFF2 輸入高電平“1”時，V1 關(guān)斷，V4 和V5 開啟，電磁鐵掉電，根據(jù)電感續(xù)流特性，電磁鐵將產(chǎn)生反向電壓，其2 腳電壓高于1 腳，反向電壓通過V2 加載到V3 和V4 的兩端，因V4 的D、S 端完全開啟導(dǎo)通，反向電流流過V4 形成回流，反向電流慢速消耗完畢，電磁鐵只能慢速釋放后通道方向切換至通道方向2，與傳統(tǒng)控制電路功能相當(dāng)。進一步，如圖3 所示，TVS 二極管V3 的擊穿電壓與電源電壓相匹配，兩者可以取相同電壓值。V2 可以選取普通開關(guān)二極管或肖特基二極管，其反向耐壓必須大于電源電壓。V1 和V4 主要考慮其額定電流不小于電磁鐵的工作電流，一般至少2 倍以上。R1 取值范圍：1 kΩ ～ 4.7 kΩ，R3 取值范圍：10 kΩ，在電路中，R2的阻值是R3 的2 倍，具體和電源電壓大小與V4 的VGS電壓有關(guān)。

3   結(jié)束語

本文主要對傳統(tǒng)電磁鐵控制電路對提速響應(yīng)存在的弊端進行分析，并通過對其電路進行改良，很好地解決傳統(tǒng)電磁鐵控制電路的問題，實現(xiàn)驅(qū)動管關(guān)閉輸出時電磁鐵磁力能的快速消耗，從而實現(xiàn)提高換向機構(gòu)的換向速度，為OA 設(shè)備等產(chǎn)品的提速運行提供技術(shù)支持。

參考文獻：

[1] 王均杰.電磁換向閾應(yīng)用探討[J].河南科技,2014(16):118-119.

[2] 周超群.電磁閾的原理及其在工程設(shè)計中的應(yīng)用探討[J].石油化工自動化，2006(5):92-94.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年9月期）