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一種能實現電磁鐵快速換向的控制電路

作者:劉燕芳1,伍岸盈2(1.廣州華商職業學院;2.廣州市增城區職業技術學校,廣州 511300)時間:2021-10-09來源:電子產品世界收藏
編者按:目前電磁鐵已經廣泛應用于辦公自動化(OA)產品(如打印機、掃描儀)及金融電子設備(如ATM、VTM、清分機等)的通道換向結構中,其換向的可靠性雖然已經得到業界的普遍認可,但隨著科技日新月異,對OA產品及金融電子設備的運行速度要求越來越快。而在一定的換向通道長度(即換向觸發傳感器至換向器之間通道距離)情況下,通道換向的響應速度直接制約了機器的運行速度,所以提升通道的換向速度已經成為提升OA產品或金融電子設備運行速度的一個決定性因素。


本文引用地址:http://www.recipesarchive.com/article/202110/428714.htm

0   引言

是利用載流鐵心線圈產生的電磁吸力來操縱機械裝置,以完成預期動作的一種電器,是將電能轉換為機械能的一種電磁元件。因其具備控制的簡便性,工作穩定性及可靠性,所以在OA 產品及金融電子設備的換向結構上得到廣泛的應用。但科技的發展對產品的運行速度不斷提出新要求,傳統的制約了的響應速度[1],從而影響了產品運行速度的提升。本文將結合OA 產品的通道換向機構,重點分析傳統的電磁鐵的弊端,介紹基于傳統的電磁鐵進行改良,實現電磁鐵的新型控制電路。

1   傳統電磁鐵控制電路的弊端分析

圖1 為通常應用于OA 產品輸送通道上的電磁鐵換向機構,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。電磁鐵的傳統控制電路如圖2 所示,使用一只MOS 管V1 對電磁鐵進行驅動,輸入信號ON_OFF 為高電平時,V1 的D、S 端導通,DC 36V 電源驅動電磁鐵吸合而連通通道方向1;相反,當輸入信號ON_OFF 為低電平時,V1 關閉輸出,電磁鐵在回位彈簧的作用下恢復到通道方向2。圖中的V2 是續流二極管,起到了V1 關閉輸出后電磁鐵兩端的反向電壓的箝位和續流作用,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。上述傳統控制電路存在以下缺點:換向速度慢,原因是V1 關閉輸出后,電磁鐵上的磁力能轉換成電能,通過續流二極管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。

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圖1 電磁鐵換向機構

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圖2 傳統的電磁鐵驅動電路圖

2   控制電路結構及其工作原理

2.1 電路結構原理圖

基于上述傳統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,該電路能夠實現驅動管關閉輸出時電磁鐵磁力能的快速消耗,從而提高換向機構的換向速度。

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圖3 新型電磁鐵驅動電路圖

2.2 電路控制的工作原理

圖3 所示的新型電磁鐵驅動電路可對單路電磁鐵進行驅動控制,V2 是一個N 溝道MOS 管,作用是控制電磁鐵的電源開啟和關斷;V2 是普通開關二極管,起到了單向導通的功能;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,作用是關閉V3 的上述作用;R1、R2、R3 和V5 的作用是驅動V4;F1 是熔斷式保險絲,起到短路保護的作用,具體如下:當ON_OFF1 輸入高電平“1”時,V1 的D、S 端導通,DC 36 V 電源驅動電磁鐵工作,通道方向將快速切換到通道方向1。在電磁鐵正常工作時,當ON_OFF1輸入低電平“0”、ON_OFF2 輸入低電平“0”時,V1、V4 和V5 關斷,電磁鐵掉電,根據電感續流特性,電磁鐵將產生反向電壓,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ON_OFF1輸入低電平“0”、ON_OFF2 輸入高電平“1”時,V1 關斷,V4 和V5 開啟,電磁鐵掉電,根據電感續流特性,電磁鐵將產生反向電壓,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,與傳統控制電路功能相當。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。

3   結束語

本文主要對傳統電磁鐵控制電路對提速響應存在的弊端進行分析,并通過對其電路進行改良,很好地解決傳統電磁鐵控制電路的問題,實現驅動管關閉輸出時電磁鐵磁力能的快速消耗,從而實現提高換向機構的換向速度,為OA 設備等產品的提速運行提供技術支持。

參考文獻:

[1] 王均杰.電磁換向閾應用探討[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計中的應用探討[J].石油化工自動化,2006(5):92-94.

(本文來源于《電子產品世界》雜志2021年9月期)



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