分析一下這個(gè)看似簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)
今天講解電磁擺的電路原理,并采用單線圈電磁擺作為案例。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202405/458548.htm這款“電磁擺”有兩個(gè)特點(diǎn):
第一,超級(jí)省電,1800毫安時(shí)電池能夠連續(xù)工作197天;
第二,可擴(kuò)展性非常高,我用這個(gè)電路做過(guò):刷步器,無(wú)刷電機(jī)模型,摩天輪。
電磁擺電路原理
關(guān)于電磁擺的電路原理
當(dāng)磁鐵經(jīng)過(guò)線圈,線圈會(huì)感應(yīng)出一個(gè)電流,這個(gè)電流是交變的,可以通過(guò)電容,所以會(huì)經(jīng)過(guò)C4、C5、R6構(gòu)成回路。
當(dāng)正半周時(shí),Q3基極被感應(yīng)電壓拉高,Q3被導(dǎo)通,使Q1基極被拉低,Q1導(dǎo)通;Q1導(dǎo)通會(huì)把Q2基極拉高,Q2導(dǎo)通;Q2導(dǎo)通會(huì)把Q1基極拉低,形成正反饋,Q1Q2被完全導(dǎo)通。此時(shí)就同時(shí)發(fā)生了兩件事:
第一是Q1發(fā)射極被拉低,C6通過(guò)R7R8和Q4發(fā)射結(jié)沖電,電容有個(gè)特性,充電的一瞬間可以看作短路,所以Q4基極會(huì)被拉低一瞬間,隨后又被R8拉高截止,在被拉低的一瞬間Q4會(huì)導(dǎo)通,線圈得電,擺獲得推力;
第二是C2通過(guò)Q1被R2放電,C2電壓跌至不足以維持Q1Q2Q3導(dǎo)通,Q1Q2Q3全部截止,然后C2通過(guò)R1被充電,電路進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
電路工作波形(Q4集電極)
根據(jù)電路原理可以知道,線圈的工作需要線圈自己提供一個(gè)上升沿脈沖來(lái)啟動(dòng),所以電路的工作電流跟擺的周期有很大的關(guān)系,而周期跟擺長(zhǎng)有關(guān)系,擺長(zhǎng)越長(zhǎng)周期越長(zhǎng),也就越省電。
還有一種辦法可以控制周期,那就是配重,擺上端比下端重量越重,周期越長(zhǎng)。
如果兩邊對(duì)稱就能做出無(wú)刷電機(jī)模型,就不再是一個(gè)擺,而是轉(zhuǎn)一整圈。另外底板上兩個(gè)固定焊盤是帶電的,這也就是說(shuō),我們可以在支架上做設(shè)計(jì),單片機(jī)LED都可以往上放。還可以給支架做半孔,或者在擺軸接觸支架的地方焊接一根排針,讓擺軸搭在排針上,那就更好玩了。說(shuō)明擺上也能做設(shè)計(jì)了,發(fā)光摩天輪什么的。
但是要注意!當(dāng)擺上帶電后就不能用普通二極管當(dāng)擺軸了,一旦放反就會(huì)直接短路,可以用氣體放電管或者雙向觸發(fā)二極管。
接下來(lái)計(jì)算一下工作電流。
首先說(shuō)明一下我這個(gè)線圈是拆中間繼電器的,型號(hào)是IEC255 24V。開源里有一個(gè)PCB線圈,因?yàn)橹虚g繼電器十幾塊一個(gè),太貴了不劃算,PCB線圈實(shí)測(cè)阻值是23歐姆,要多串聯(lián)幾個(gè),不然工作電流太大了。
驅(qū)動(dòng)部分實(shí)測(cè)工作電流是0.14毫安,我這款線圈的電阻是650歐姆。
根據(jù)歐姆定律,電池電壓取平均值4V÷650=6毫安。然后根據(jù)波形可以看出每一秒線圈工作40毫秒,使用加權(quán)平均數(shù)就可以算出平均電流,0.14X0.96+(0.14+6)X0.04/0.96+0.04=0.1344+0.2456/1=0.38。那么電路的平均工作電流是0.38毫安。
如果用200毫安時(shí)的電池,工作時(shí)間就是200÷0.38=526小時(shí),也就是526÷24=22天。
200毫安時(shí)可以24小時(shí)不間斷工作22天,可見(jiàn)這個(gè)電路有多省電了。
設(shè)計(jì)圖
驅(qū)動(dòng)原理圖
驅(qū)動(dòng)PCB
線圈4層
支架
有人說(shuō),這個(gè)單線圈電磁擺可以做成偽永動(dòng)機(jī),你怎么看?
評(píng)論