一種能實現(xiàn)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(yè)學院;2.廣州市增城區(qū)職業(yè)技術學校,廣州 511300) 時間：2021-10-09 來源：電子產品世界

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編者按：目前電磁鐵已經(jīng)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(jīng)得到業(yè)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(fā)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(jīng)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://butianyuan.cn/article/202110/428714.htm

0 引言

電磁鐵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(wěn)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(fā)展對產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(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(tǒng)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(xù)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(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 關閉輸出后，電磁鐵上的磁力能轉換成電能，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

圖2 傳統(tǒng)的電磁鐵驅動電路圖

2 快速換向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(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，該電路能夠實現(xiàn)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。

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(jù)電感續(xù)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(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(jù)電感續(xù)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)電磁鐵控制電路的問題，實現(xiàn)驅動管關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）