Solenoid-Treiberschaltung

Magnetspulen sind in vielen Prozessautomatisierungssystemen sehr häufig verwendete Aktuatoren. Es gibt viele Arten von Magneten, zum Beispiel Magnetventile, mit denen Wasser- oder Gasleitungen geöffnet oder geschlossen werden können, und Magnetkolben, mit denen lineare Bewegungen erzeugt werden. Eine sehr häufige Anwendung von Magneten, auf die die meisten von uns gestoßen wären, ist die Ding-Dong-Türklingel. In der Türklingel befindet sich eine Kolbenmagnetspule, die bei Erregung durch eine Wechselstromquelle eine kleine Stange auf und ab bewegt. Diese Stange trifft auf die Metallplatten auf beiden Seiten des Magneten, um den beruhigenden Ding-Dong-Klang zu erzeugen.

Obwohl es viele Arten von Magnetmechanismen gibt, bleibt die grundlegendste Sache dieselbe. Das heißt, es hat eine Spule, die über ein metallisches (leitfähiges) Material gewickelt ist. Wenn die Spule erregt wird, wird dieses leitende Material einer mechanischen Bewegung ausgesetzt, die dann durch eine Feder oder einen anderen Mechanismus umgekehrt wird, wenn sie stromlos ist. Da es sich bei dem Magneten um eine Spule handelt, verbrauchen sie häufig viel Strom, so dass für den Betrieb eine Treiberschaltung erforderlich ist. In diesem Tutorial erfahren Sie, wie Sie eine Treiberschaltung zur Steuerung eines Magnetventils erstellen.

Erforderliche Materialien

• Magnetventil
• 12V Adapter
• 7805 Regler-IC
• IRF540N MOSFET
• Diode IN4007
• 0.1uf Capacious
• 1k und 10k Widerstände
• Kabel anschließen
• Steckbrett

Was ist ein Magnet und wie funktioniert er?

Ein Magnet ist ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Es hat eine Spule, die über ein leitfähiges Material gewickelt ist. Dieser Aufbau wirkt als Elektromagnet. Der Vorteil eines Elektromagneten gegenüber einem natürlichen Magneten besteht darin, dass er bei Bedarf durch Erregen der Spule ein- oder ausgeschaltet werden kann. Wenn also die Spule erregt wird, ist nach dem heutigen Gesetz der stromführende Leiter von einem Magnetfeld umgeben, da der Leiter eine Spule ist, ist das Magnetfeld stark genug, um das Material zu magnetisieren und eine lineare Bewegung zu erzeugen.

Während dieses Vorgangs zieht die Spule eine große Strommenge und erzeugt auch ein Hystereseproblem, daher ist es nicht möglich, eine Magnetspule direkt über eine Logikschaltung anzutreiben. Hier verwenden wir ein 12-V-Magnetventil, das üblicherweise zur Steuerung des Flüssigkeitsflusses verwendet wird. Der Magnet zieht unter Spannung einen Dauerstrom von 700 mA und einen Spitzenwert von fast 1,2 A. Daher müssen wir diese Aspekte bei der Auslegung der Treiberschaltung für dieses spezielle Magnetventil berücksichtigen.

Schaltplan

Das vollständige Schaltbild für die Solenoid-Treiberschaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Wir werden verstehen, warum es so ausgelegt ist, nachdem wir uns die gesamte Schaltung angesehen haben.

Wie Sie sehen, ist die Schaltung sehr einfach und leicht zu bauen, daher können wir dies mit einer kleinen Steckbrettverbindung testen. Ein Magnet kann einfach durch Einschalten von 12 V an seinen Klemmen eingeschaltet und durch Ausschalten ausgeschaltet werden. Um diesen Ein- und Ausschaltvorgang über eine digitale Schaltung zu steuern, benötigen wir eine Schaltvorrichtung wie den MOSFET, und daher ist sie die wichtige Komponente in dieser Schaltung. Die folgenden Parameter müssen Sie bei der Auswahl des MOSFET überprüfen.

Gate Source Threshold Voltage V _{GS (th)}: Dies ist die Spannung, die dem MOSFET zugeführt werden muss, um ihn einzuschalten. Hier beträgt der Schwellenspannungswert 4 V und wir liefern eine Spannung von 5 V, die mehr als ausreichend ist, um den MOSFET vollständig einzuschalten

Kontinuierlicher Drainstrom: Der kontinuierliche Drainstrom ist der maximale Strom, der durch einen Stromkreis fließen darf. Hier verbraucht unser Magnet einen maximalen Spitzenstrom von 1,2 A und die Nennleistung unseres MOSFET beträgt 10 A bei 5 V Vgs. Mit der aktuellen Leistung des MOSFET sind wir also mehr als sicher. Es wird immer empfohlen, einen oberen oberen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Wert und dem Nennwert des Stroms zu haben.

Drain-Source-On-State-Widerstand: Wenn der MOSFET vollständig eingeschaltet ist, hat er einen gewissen Widerstand zwischen Drain und Source-Pin. Dieser Widerstand wird als On-State-Widerstand bezeichnet. Der Wert sollte so niedrig wie möglich sein, da sonst ein großer Spannungsabfall (Ohmsches Gesetz) an den Pins auftritt, der dazu führt, dass die Spannung für das Einschalten des Solenoids nicht ausreicht. Der Wert des Einschaltwiderstands beträgt hier nur 0,077 Ω.

Sie können sich das Datenblatt Ihres MOSFET ansehen, wenn Sie die Schaltung für eine andere Magnetanwendung entwerfen. Ein 7805-Linearregler-IC wird verwendet, um die 12-V-Eingangsversorgung in 5 V umzuwandeln. Diese Spannung wird dann an den Gate-Pin des MOSFET gegeben, wenn der Schalter über einen 1K-Strombegrenzungswiderstand gedrückt wird. Wenn der Schalter nicht gedrückt wird, wird der Gate-Pin über einen 10k-Widerstand auf Masse gezogen. Dadurch bleibt der MOSFET ausgeschaltet, wenn der Schalter nicht gedrückt wird. Schließlich wird eine Diode in antiparalleler Richtung hinzugefügt, um zu verhindern, dass sich die Magnetspule in den Stromkreis entlädt.

Funktionsweise des Magnetschaltkreises

Nachdem wir verstanden haben, wie die Treiberschaltung funktioniert, können Sie die Schaltung testen, indem Sie sie auf einem Steckbrett aufbauen. Ich habe einen 12-V-Adapter für die Stromversorgung verwendet und mein Hardware-Setup sieht nach Abschluss ungefähr so ​​aus.

Wenn der Schalter dazwischen gedrückt wird, wird der MOSFET mit +5 V versorgt und der Magnet eingeschaltet. Wenn der Schalter erneut gedrückt wird, wird die + 5-V-Versorgung des MOSFET unterbrochen und der Magnet wird wieder ausgeschaltet. Das Ein- und Ausschalten des Magneten ist an dem von ihm erzeugten Klickgeräusch zu erkennen. Um es jedoch etwas interessanter zu gestalten, habe ich das Magnetventil an eine Wasserleitung angeschlossen. Wenn der Magnet ausgeschaltet ist, ist der Wert standardmäßig geschlossen und daher tritt kein Wasser durch das andere Ende aus. Wenn dann der Magnet eingeschaltet wird, wird der Wert geöffnet und Wasser fließt heraus. Die Arbeit kann im Video unten visualisiert werden.

Ich hoffe, Sie haben das Projekt verstanden und es genossen, es zu erstellen. Wenn Sie auf ein Problem gestoßen sind, können Sie es gerne im Kommentarbereich veröffentlichen oder das Forum für technische Hilfe nutzen.