Obvod budiče solenoidu

Solenoidy jsou velmi běžně používané akční členy v mnoha systémech automatizace procesů. Existuje mnoho druhů solenoidů, například existují solenoidové ventily, které lze použít k otevření nebo zavření vodovodního nebo plynového potrubí, a existují solenoidové písty, které se používají k výrobě lineárního pohybu. Jednou z velmi běžných aplikací solenoidu, s nimiž by se většina z nás setkala, je zvonek u dveří. Zvonek dveří má uvnitř cívku solenoidové cívky plunžrového typu, která při napájení ze zdroje střídavého proudu bude pohybovat malou tyč nahoru a dolů. Tato tyč zasáhne kovové desky umístěné na obou stranách solenoidu a vytvoří uklidňující zvuk ding dong.

Ačkoli existuje mnoho typů solenoidových mechanismů, nejzákladnější věc zůstává stejná. To znamená, že má cívku navinutou na kovový (vodivý) materiál. Když je cívka pod napětím, je tento vodivý materiál podroben určitému mechanickému pohybu, který je poté bez napětí obrácen pružinou nebo jiným mechanismem. Vzhledem k tomu, že solenoid zahrnuje cívku, často spotřebovávají velké množství proudu, takže je nutné mít k dispozici nějaký typ budicího obvodu. V tomto tutoriálu se naučíme, jak vytvořit obvod ovladače pro ovládání elektromagnetického ventilu.

Potřebné materiály

• Elektromagnetický ventil
• 12V adaptér
• Regulátor IC 7805
• MOSFET IRF540N
• Dioda IN4007
• 0,1uf Prostorný
• Rezistory 1k a 10k
• Připojovací vodiče
• Nepájivá deska

Co je solenoid a jak funguje?

Solenoid je zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na energii mechanickou. Má cívku navinutou na vodivý materiál, toto zařízení funguje jako elektromagnet. Výhodou elektromagnetu oproti přirozenému magnetu je, že jej lze v případě potřeby zapnout nebo vypnout napájením cívky. Když je tedy cívka pod napětím, má vodič podle současného zákona kolem sebe magnetické pole, protože vodičem je cívka, magnetické pole je dostatečně silné, aby magnetizovalo materiál a vytvořilo lineární pohyb.

Během tohoto procesu cívka odebírá velké množství proudu a také vytváří problém s hysterezí, proto není možné řídit solenoidovou cívku přímo přes logický obvod. Zde používáme elektromagnetický ventil 12V, který se běžně používá k řízení toku kapalin. Solenoid odebírá nepřetržitý proud 700 mA, když je pod napětím, a špičku téměř 1,2 A, takže při navrhování obvodu budiče pro tento konkrétní solenoidový ventil musíme tyto věci vzít v úvahu.

Kruhový diagram

Kompletní schéma zapojení obvodu budiče solenoidu je zobrazeno na obrázku níže. Pochopíme, proč je navržen tak, jakmile se podíváme na celý okruh.

Jak vidíte, obvod je velmi jednoduchý a snadno sestavitelný, proto ho můžeme otestovat pomocí malého připojení na prkénko. Solenoid lze jednoduše zapnout napájením 12V přes jeho svorky a vypnout jej vypnutím. K ovládání tohoto procesu zapnutí a vypnutí pomocí digitálního obvodu potřebujeme spínací zařízení, jako je MOSFET, a proto je důležitou součástí tohoto obvodu. Níže jsou uvedeny parametry, které musíte zkontrolovat při výběru MOSFET.

Prahové napětí zdroje brány V _{GS (th)}: Toto je napětí, které musí být dodáno do MOSFET, aby bylo možné jej zapnout. Zde je prahová hodnota napětí 4V a dodáváme napětí 5V, což je více než dost pro úplné zapnutí MOSFET

Trvalý odtokový proud: Trvalý odtokový proud je maximální proud, který lze nechat protékat obvodem. Zde náš solenoid spotřebovává maximální špičkový proud 1,2 A a jmenovitý výkon našeho MOSFETu je 10 A při 5 V Vgs. S aktuálním hodnocením MOSFET jsme tedy více než v bezpečí. Vždy se doporučuje mít nějaký horní mezní rozdíl mezi skutečnou hodnotou a jmenovitou hodnotou proudu.

Odpor ve stavu Drain-Source: Když je MOSFET plně zapnutý, má určitý odpor mezi vývodem Drain a Source, tento odpor se nazývá jako odpor státu. Hodnota by měla být co nejnižší, jinak dojde k velkému úbytku napětí (zákon ohmů) přes kolíky, což povede k nedostatečnému napětí pro zapnutí solenoidu. Hodnota odporu v zapnutém stavu je zde pouze 0,077 Ω.

Pokud navrhujete obvod pro nějakou jinou aplikaci solenoidů, můžete se podívat na datasheet vašeho MOSFET. Lineární regulátor 7805 IC se používá k přeměně vstupního napájení 12V na 5V, toto napětí se poté přivede na pin brány MOSFET, když je spínač stisknut přes odpor omezující proud 1K. Pokud spínač není stisknutý, je hradlový kolík stažen dolů k zemi pomocí 10k rezistoru. To udržuje MOSFET vypnutý, když není stisknutý spínač. Nakonec je přidána dioda v antiparalelním směru, aby se zabránilo vybíjení cívky solenoidu do napájecího obvodu.

Práce obvodu solenoidového ovladače

Nyní, když jsme pochopili, jak funguje obvod Driver, necháme obvod otestovat vytvořením na desce chleba. Pro napájení jsem použil 12V adaptér a po dokončení vypadá moje nastavení hardwaru nějak takto.

Po stisknutí spínače mezi nimi je na MOSFET přivedeno napájení + 5V a zapne solenoid. Při opětovném stisknutí odpojí napájení + 5V na MOSFET a solenoid se vrátí do vypnutého stavu. Zapínání a vypínání solenoidu si všimnete kliknutím, který vydává, ale aby to bylo trochu zajímavější, připojil jsem solenoidový ventil k vodnímu potrubí. Ve výchozím nastavení, když je solenoid vypnutý, je hodnota uzavřena, a proto z druhého konce nevyteče voda. Když je solenoid zapnutý, hodnota se otevře a voda vytéká. Práce lze vizualizovat ve videu níže.

Doufám, že jste pochopili projekt a užili jste si jeho stavbu. Pokud jste narazili na jakýkoli problém, neváhejte je zveřejnit v sekci komentářů nebo použít technickou podporu ve fóru.