Solenoïde stuurcircuit

Solenoïden zijn veel gebruikte actuatoren in veel procesautomatiseringssystemen. Er zijn veel soorten solenoïde, er zijn bijvoorbeeld magneetventielen die kunnen worden gebruikt om water- of gasleidingen te openen of te sluiten en er zijn magneetventielen die worden gebruikt om lineaire beweging te produceren. Een veel voorkomende toepassing van solenoïde die de meesten van ons zouden zijn tegengekomen, is de ding-dong deurbel. De deurbel heeft een solenoïdespoel van het plunjertype erin, die bij bekrachtiging door een wisselstroombron een staafje op en neer beweegt. Deze staaf zal de metalen platen aan weerszijden van de solenoïde raken om het rustgevende ding-dong-geluid te produceren.

Hoewel er veel soorten solenoïde-mechanismen beschikbaar zijn, blijft het meest basale ding hetzelfde. Dat wil zeggen, het heeft een spoel gewikkeld over een metalen (geleidend) materiaal. Wanneer de spoel wordt bekrachtigd, wordt dit geleidende materiaal onderworpen aan een mechanische beweging die vervolgens wordt omgekeerd door een veer of een ander mechanisme wanneer deze wordt uitgeschakeld. Omdat de solenoïde een spoel omvat, verbruiken ze vaak een grote hoeveelheid stroom, waardoor het verplicht is om een ​​type stuurcircuit te hebben om het te bedienen. In deze tutorial zullen we leren hoe we een stuurcircuit kunnen bouwen om een ​​magneetventiel te besturen.

Vereiste materialen

• Magneetventiel
• 12V adapter
• 7805 Regelaar IC
• IRF540N MOSFET
• Diode IN4007
• 0.1uf Ruim
• 1k en 10k weerstanden
• Draden aansluiten
• Breadboard

Wat is een solenoïde en hoe werkt deze?

Een solenoïde is een apparaat dat elektrische energie omzet in mechanische energie. Het heeft een spoel gewikkeld over een geleidend materiaal, deze opstelling werkt als een elektromagneet. Het voordeel van een elektromagneet ten opzichte van een natuurlijke magneet is dat deze kan worden in- of uitgeschakeld wanneer dat nodig is door de spoel van stroom te voorzien. Dus wanneer de spoel wordt bekrachtigd, heeft de stroomvoerende geleider volgens de wet van de huidige tijd een magnetisch veld eromheen, aangezien de geleider een spoel is, is het magnetische veld sterk genoeg om het materiaal te magnetiseren en een lineaire beweging te creëren.

Tijdens dit proces trekt de spoel een grote hoeveelheid stroom en levert hij ook hystereseproblemen op, daarom is het niet mogelijk om een ​​solenoïdespoel rechtstreeks via een logisch circuit aan te sturen. Hier gebruiken we een 12V-magneetklep die vaak wordt gebruikt bij het regelen van de vloeistofstroom. De solenoïde trekt een continue stroom van 700 mA wanneer deze wordt bekrachtigd en een piek van bijna 1,2 A, dus we moeten met deze dingen rekening houden bij het ontwerpen van het stuurcircuit voor deze specifieke magneetklep.

Schakelschema

Het volledige schakelschema voor het solenoïde-stuurcircuit wordt weergegeven in de onderstaande afbeelding. We zullen begrijpen waarom het zo is ontworpen, nadat we het volledige circuit hebben bekeken.

Zoals je kunt zien, is het circuit heel eenvoudig en gemakkelijk te bouwen, daarom kunnen we dit testen met een kleine breadboard-aansluiting. Een solenoïde kan eenvoudig worden ingeschakeld door 12V aan te sluiten op de aansluitingen en uit te schakelen door hem uit te schakelen. Om dit in- en uitschakelproces te regelen met behulp van een digitaal circuit, hebben we een schakelapparaat zoals de MOSFET nodig en daarom is het de belangrijke component in dit circuit. Hieronder volgen de parameters die u moet controleren bij het selecteren van de MOSFET.

Gate Source Threshold Voltage V _{GS (th)}: Dit is de spanning die aan de MOSFET moet worden geleverd om deze AAN te zetten. Hier is de drempelspanningswaarde 4V en we leveren een spanning van 5V wat meer dan voldoende is om de MOSFET volledig in te schakelen

Continue afvoerstroom: De continue afvoerstroom is de maximale stroom die door een circuit kan stromen. Hier verbruikt onze solenoïde een maximale piekstroom van 1,2 A en de beoordeling van onze MOSFET is 10 A bij 5 V Vgs. We zijn dus meer dan veilig met de huidige beoordeling van de MOSFET. Het wordt altijd aanbevolen om een ​​klein marginaal verschil te hebben tussen de werkelijke waarde en de nominale stroomwaarde.

Drain-Source On-State Resistance: Wanneer de MOSFET volledig is ingeschakeld, heeft deze enige weerstand tussen de Drain en Source-pin, deze weerstand wordt genoemd als op staatsweerstand. De waarde hiervan moet zo laag mogelijk zijn, anders zal er een enorme spanningsval (wet van ohm) over de pinnen zijn, waardoor de spanning niet voldoende is om de solenoïde in te schakelen. De waarde van de weerstand in de toestand is hier slechts 0,077Ω.

U kunt het gegevensblad van uw MOSFET bekijken als u het circuit ontwerpt voor een andere Solenoid-toepassing. Een 7805 Linear Regulator IC wordt gebruikt om de 12V-ingangsspanning om te zetten naar 5V, deze spanning wordt vervolgens aan de Gate-pin van de MOSFET gegeven wanneer de schakelaar wordt ingedrukt via een stroombegrenzende weerstand van 1K. Als de schakelaar niet wordt ingedrukt, wordt de poortpin naar beneden getrokken via een weerstand van 10k. Hierdoor blijft de MOSFET uitgeschakeld wanneer de schakelaar niet wordt ingedrukt. Ten slotte wordt een diode toegevoegd in anti-parallelle richting om te voorkomen dat de solenoïdespoel ontlaadt in het stroomcircuit.

Werking van Solenoid Driver Circuit

Nu we hebben begrepen hoe het Driver-circuit werkt, kunnen we het circuit testen door het op een breadboard te bouwen. Ik heb een 12V-adapter gebruikt voor de stroomvoorziening en mijn hardware-installatie ziet er na voltooiing ongeveer zo uit.

Wanneer de tussenliggende schakelaar wordt ingedrukt, wordt de + 5V-voeding aan de MOSFET geleverd en wordt de solenoïde ingeschakeld. Wanneer de schakelaar opnieuw wordt ingedrukt, wordt de + 5V-voeding naar MOSFET verbroken en gaat de solenoïde terug naar de stand uit. Het aan- en uitzetten van de solenoïde is te merken aan het klikgeluid dat hij maakt, maar om het wat interessanter te maken heb ik de magneetklep op een waterleiding aangesloten. Als de solenoïde uit is, is de waarde standaard gesloten en komt er dus geen water uit het andere uiteinde. Wanneer de solenoïde wordt ingeschakeld, gaat de waarde open en stroomt er water naar buiten. De werking is in onderstaande video te visualiseren.

Ik hoop dat je het project hebt begrepen en het leuk vond om het te bouwen. Als je problemen had ondervonden, kun je ze posten in het commentaargedeelte of het forum gebruiken voor technische hulp.