常見(jiàn)的驅動(dòng)螺線(xiàn)管的應用技巧

所有電源系統的主要目的都是維持高水平的持續供電能力，并在出現不可承受狀態(tài)時(shí)，最小化其影響范圍和斷電時(shí)間。功率損耗、電壓下降、過(guò)電流和過(guò)壓總會(huì )出現，因為我們無(wú)法避免自然事件、物理事故、設備故障或者人為誤操作。組合使用一些器件，用于保護電氣設備免受這些事件的損害，也即"接電裝置"。螺線(xiàn)管和繼電器是所有接電裝置中不可或缺的組成部分。它們通過(guò)線(xiàn)圈通電和接觸，連接/斷開(kāi)受保護設備的電源。本文為我們介紹繼電器、電流接觸器和閥門(mén)中常見(jiàn)的螺線(xiàn)管線(xiàn)圈的一些特性。另外，文章還介紹了一些驅動(dòng)它們的方法，并說(shuō)明有效驅動(dòng)的發(fā)展趨勢。本文還列舉了一些接電裝置應用電路的例子

從表面上看，我們可能認為驅動(dòng)螺線(xiàn)管或閥門(mén)執行器接縫非常簡(jiǎn)單。老實(shí)說(shuō)，在大多數情況下確實(shí)如此。打開(kāi)或關(guān)閉電流并不是很困難。但是，如果我們的應用程序需要非?？焖俚卮蜷_(kāi)/關(guān)閉負載驅動(dòng)怎么辦?實(shí)現這一目標的最佳方法是什么?

我有一些建議。

通常需要非?？焖俚仳寗?dòng)線(xiàn)圈開(kāi)/關(guān)的應用

(1) 點(diǎn)陣/針式打印機頭中的螺線(xiàn)管。9p、18p 或 24p 打印頭的每個(gè)針都有一個(gè)線(xiàn)圈。針的頻率響應將直接決定打印速度。

(2) 汽車(chē)選擇性催化還原(SCR)系統中的閥門(mén)。這些應用需要高達 30Hz 的高頻運動(dòng)，以獲得更好的系統控制精度。

(3) 工業(yè)系統中的氣閥。這些應用通常需要高頻響應以加速氣動(dòng)設備。

2.問(wèn)題：當驅動(dòng)頻率增加時(shí)有什么問(wèn)題?

我相信我們會(huì )發(fā)現問(wèn)題出在關(guān)閉螺線(xiàn)管/執行器所需的時(shí)間;快速打開(kāi)它不是問(wèn)題。

當我們關(guān)閉感性負載時(shí)，由于自感的性質(zhì)，流動(dòng)的電流不會(huì )瞬間改變。因此，通常讓電流流過(guò)續流二極管或場(chǎng)效應晶體管 (FET)。我在下面畫(huà)了一個(gè)例子。

衰減電流有很多名稱(chēng)。我們可能會(huì )使用以下術(shù)語(yǔ)之一：再循環(huán)電流、感應反沖或反激或續流電流。

在半橋驅動(dòng)場(chǎng)景中，再循環(huán)電流可以流過(guò)體二極管或對面的 MOSFET(需要互補控制)。無(wú)論電流通過(guò)二極管還是導通狀態(tài) MOSFET 衰減，衰減速率通常都很慢，這意味著(zhù)關(guān)斷時(shí)間很慢。

該問(wèn)題在螺線(xiàn)管/執行器完全打開(kāi)并即將關(guān)閉的釋放點(diǎn)復雜化。你有最大的電流流動(dòng)和最大的磁通密度，導致電磁力難以減少。

我們將體驗到執行器釋放的延遲。當驅動(dòng)開(kāi)/關(guān)頻率增加到某個(gè)閾值時(shí)，執行器可能會(huì )一起停止運動(dòng)。

3.解決方案：如何快速發(fā)布

基本思想是讓我們構建一個(gè)可以提供最大量電壓的電路，該電壓可以快速將再循環(huán)電流衰減到零。面臨的電壓越高，電流衰減越快。

> 使用齊納二極管或 TVS 二極管(瞬態(tài)電壓抑制)

相反的電壓將為 V C = V zener(TVS) + V forward。這是近似方程。

L*(Δi/Δt) – i*r = V C

如果 r(線(xiàn)圈的內阻)也被忽略，衰減時(shí)間可以估計為

Δt = L*Δi/V C

DRV8803 提供了一個(gè)特殊引腳“VCLAMP”，從而能夠添加 TVS 或齊納二極管以實(shí)現快速電流衰減。

對于 DRV8803，OUTx 的電壓應 < 60V。由于 V OUTx = VM + V forward + V zener，因此 V zener應 < 60V – VM – 1V(典型的正向壓降)。

> 使用壓敏電阻(壓敏電阻 VDR)

這與添加 TVS 的機制相同。只需用壓敏電阻替換 TVS 二極管即可。初始反向電壓將為 V C = V鉗位+ V正向。

> 使用具有快速衰減關(guān)閉時(shí)間的全橋

相反的電壓將為 V C = VM + 2*V forward(Body diodes)。

與使用 TVS 二極管的方法相比，全橋快速衰減驅動(dòng)沒(méi)有 TVS 產(chǎn)生的額外熱量。所以，如果你真的關(guān)心頻率響應和更好的熱性能，使用全橋驅動(dòng)一個(gè)線(xiàn)圈可以有很大的價(jià)值。

4.示例：

這是汽車(chē) SCR 閥應用的示例。

VM=24V，正常驅動(dòng)結構，頻響只能滿(mǎn)足14Hz。但是，當使用具有 24V 鉗位 TVS 的 DRV8803 或具有全橋快速衰減模式的 DRV8801 (Q1) 驅動(dòng)時(shí)，頻率響應可以增加到 45Hz。

下圖顯示了正常和快速衰減驅動(dòng)之間的驅動(dòng)電流差異。憑借 55% 的占空比和 700mA 峰值，該器件在整個(gè)時(shí)間內(在 25°C 室溫下)保持在或低于 35°C。

有關(guān)使用 H 橋驅動(dòng)螺線(xiàn)管的更多信息，請查看使用 DRV8841/42 驅動(dòng)螺線(xiàn)管。TI 有許多專(zhuān)門(mén)針對螺線(xiàn)管應用的驅動(dòng)器，這些驅動(dòng)器集成了 4 或 8 個(gè)低側驅動(dòng)器，包括DRV8803、DRV8804、DRV8806和DRV8860。