發布日期：2022-04-20 點擊率：75
1.前言
在工廠自動化中的氣動裝置或過程自動化中的介質閥門設計中，大多數工廠和過程自動化設備設計用于 24V 電源。但是，對于某些閥門和接觸器，客戶可能擁有適用于各種交流或直流電壓的控制信號 – 12 V、24 V、36 V、48 V，甚至 120 或 240 V。為了適應所有這些電壓，我需要設計五個不同的線圈和五個獨立的產品。
2.設計方案
一種解決方案是為 12V 設計一個線圈，然后使用一個電阻器來限制每個電壓選項進入螺線管的電流。但是，這會浪費能量并且會從電阻器散發大量熱量，尤其是在 220V 設計中使用 12V 線圈時。
另一種更節能的解決方案是使用脈寬調制 (PWM) 驅動和續流二極管來調節螺線管中的電流。此外，我們可以使用 PWM 添加電流檢測反饋并控制螺線管中的電流。由螺線管產生的用于打開或關閉閥門的磁力取決于流過螺線管線圈的電流。螺線管電阻隨溫度增加。施加電壓后，電阻的增加會降低螺線管中的電流，從而降低磁力。在高溫下，如果電流降低太多，螺線管可能會停止工作或繼電器會打開其觸點。通過電流控制，線圈電流始終被調節到所需值，不受溫度影響，這使得系統在溫度范圍內更加可靠和穩健。我們可以使用微控制器和分立信號鏈組件或集成螺線管驅動器（如DRV110 （圖 2）和DRV120 （圖 1）。
圖 1：DRV120 使用電流控制驅動繼電器
圖 2 顯示了如何配置DRV110 電磁閥以適應為電磁閥或接觸器供電的交流電壓。通過使用直流而不是交流來驅動接觸器，我們可以通過消除磁芯中的遮蔽環來簡化磁性元件的設計。
圖 2： 用于驅動交流接觸器線圈的 DRV110
使用這種電流控制技術，我們可以只設計一個 12V 線圈來滿足 AC 或 DC 12V 至 48V 閥門和AC 120V 至 220V 閥門的力要求。這使我們可以擁有多種閥門產品，而只需設計一個線圈。
我可以想象的另一個客戶情況是想要在設計中使用特定的繼電器，但唯一可用的電源軌太高。假設繼電器的額定電壓為 12 V，但電源軌為 24 V。一種解決方案可能是為系統切換到 24V 繼電器。雖然聽起來很簡單，但這可能涉及添加新部件號作為批準的組件。也許我們無法做到這一點，因為這是一個困難或漫長的過程，并且我們希望將我們的產品快速推向市場。我們也可能會遇到與螺線管相同的情況。也許我們真的很喜歡特定螺線管的力，但是當我們使用 24 V 電源軌時，它的額定電壓為 12 V。
使用電流控制也可以解決這個難題。我們可以將 12V 繼電器或螺線管用于 12V 和 24V 系統。也許下一代產品將只有 36V 電源軌。即使在這種情況下，電流控制也將允許我們繼續使用我們選擇的電磁閥或繼電器。也許通過在所有三個系統中使用相同的螺線管，我們可以從螺線管/繼電器制造商那里獲得批量折扣，以購買大量該特定零件號。
3.實際應用解決
如果我們為較低電壓 (24V) 設計一個線圈，它將具有較低的電阻以允許所需的電流量流動。但是當我們在更高的電壓（230V 或 415V）下使用這個線圈時，浪涌會很大，因為 DRV110 不能在 7.5%（根據數據表）和 9%（實際上）占空比以下工作。這個占空比已經足夠高了。我一直在嘗試為較低的電流（例如 15mA）配置一個特定的螺線管，但不知何故 DRV110 無法調節低于 40mA。我不知道哪里出了問題。為了適應較小線圈的非常大的電壓，我們希望調節的電流必須允許占空比遠大于 7.5%。以下表達式顯示了這一點：
I*R/V = D >> 0.075
這里，“I”是調節電流（峰值或保持），“R”是直流線圈電阻，“V”是電源電壓。基本上，它是調節電流與通過線圈的電流之比，如果它是純電阻（無電感）。
此外，我認為將線圈視為電流的低通濾波器（它具有串聯電感和電阻）。由于 DRV110 的開關頻率約為 20 kHz，因此大多數電磁線圈應過濾快速充電瞬變。
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