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一种能实现电磁铁快速换向的控制电路
电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置,以完成预期动作的一种电器,是将电能转换为机械能的一种电磁元件。因其具备控制的简便性,工作稳定性及可靠性,所以在OA 产品及金融电子设备的换向结构上得到广泛的应用。但科技的发展对产品的运行速度不断提出新要求,传统的电磁铁控制电路制约了电磁铁的响应速度[1],从而影响了产品运行速度的提升。本文将结合OA 产品的通道换向机构,重点分析传统的电磁铁控制电路的弊端,介绍基于传统的电磁铁控制电路进行改良,实现电磁铁快速换向的新型控制电路。

1   传统电磁铁控制电路的弊端分析

图1 为通常应用于OA 产品输送通道上的电磁铁换向机构,其工作原理是采用直线电磁铁对换向块进行两个方向的通道切换。电磁铁的传统控制电路如图2 所示,使用一只MOS 管V1 对电磁铁进行驱动,输入信号ON_OFF 为高电平时,V1 的D、S 端导通,DC 36V 电源驱动电磁铁吸合而连通通道方向1;相反,当输入信号ON_OFF 为低电平时,V1 关闭输出,电磁铁在回位弹簧的作用下恢复到通道方向2。图中的V2 是续流二极管,起到了V1 关闭输出后电磁铁两端的反向电压的箝位和续流作用,主要作用是防止MOS 管V1 及电源其他元件损坏;F1 是熔断式保险丝,起到了短路保护的作用。上述传统控制电路存在以下缺点:换向速度慢,原因是V1 关闭输出后,电磁铁上的磁力能转换成电能,通过续流二极管V2 慢速消耗,消耗过程中形成的回路电流使电磁铁有一定的保持力,从而不能在回位弹簧的作用下快速回位换向。


                                                              图1

     图2


2   快速换向控制电路结构及其工作原理

2.1 电路结构原理图

基于上述传统控制电路的缺陷分析[2],提出图3 所示的一种新的电磁铁控制电路,该电路能够实现驱动管关闭输出时电磁铁磁力能的快速消耗,从而提高换向机构的换向速度。


2.2 电路控制的工作原理

  图3

图3 所示的新型电磁铁驱动电路可对单路电磁铁进行驱动控制,V2 是一个N 沟道MOS 管,作用是控制电磁铁的电源开启和关断;V2 是普通开关二极管,起到了单向导通的功能;V3 是TVS 二极管,作用是对大于其阈值的电压做快速吸收;V4 是P 沟道MOS 管,作用是关闭V3 的上述作用;R1、R2、R3 和V5 的作用是驱动V4;F1 是熔断式保险丝,起到短路保护的作用,具体如下:当ON_OFF1 输入高电平“1”时,V1 的D、S 端导通,DC 36 V 电源驱动电磁铁工作,通道方向将快速切换到通道方向1。在电磁铁正常工作时,当ON_OFF1输入低电平“0”、ON_OFF2 输入低电平“0”时,V1、V4 和V5 关断,电磁铁掉电,根据电感续流特性,电磁铁将产生反向电压,其2 脚电压高于1 脚,反向电压通过V2 加载到V3的两端,V3 的TVS 特性使得反向电流快速消耗完毕,实现电磁铁快速释放,通道方向切换至通道方向2。在电磁铁正常工作时,当ON_OFF1输入低电平“0”、ON_OFF2 输入高电平“1”时,V1 关断,V4 和V5 开启,电磁铁掉电,根据电感续流特性,电磁铁将产生反向电压,其2 脚电压高于1 脚,反向电压通过V2 加载到V3 和V4 的两端,因V4 的D、S 端完全开启导通,反向电流流过V4 形成回流,反向电流慢速消耗完毕,电磁铁只能慢速释放后通道方向切换至通道方向2,与传统控制电路功能相当。进一步,如图3 所示,TVS 二极管V3 的击穿电压与电源电压相匹配,两者可以取相同电压值。V2 可以选取普通开关二极管或肖特基二极管,其反向耐压必须大于电源电压。V1 和V4 主要考虑其额定电流不小于电磁铁的工作电流,一般至少2 倍以上。R1 取值范围:1 kΩ ~ 4.7 kΩ,R3 取值范围:10 kΩ,在电路中,R2的阻值是R3 的2 倍,具体和电源电压大小与V4 的VGS电压有关。(转自电子产品世界)