一种能实现电磁铁快速换向的控制电路

0   引言

电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器，是将电能转换为机械能的一种电磁元件。因其具备控制的简便性，工作稳定性及可靠性，所以在OA 产品及金融电子设备的换向结构上得到广泛的应用。但科技的发展对产品的运行速度不断提出新要求，传统的电磁铁控制电路制约了电磁铁的响应速度^[1]，从而影响了产品运行速度的提升。本文将结合OA 产品的通道换向机构，重点分析传统的电磁铁控制电路的弊端，介绍基于传统的电磁铁控制电路进行改良，实现电磁铁快速换向的新型控制电路。

1   传统电磁铁控制电路的弊端分析

图1 为通常应用于OA 产品输送通道上的电磁铁换向机构，其工作原理是采用直线电磁铁对换向块进行两个方向的通道切换。电磁铁的传统控制电路如图2 所示，使用一只MOS 管V1 对电磁铁进行驱动，输入信号ON_OFF 为高电平时，V1 的D、S 端导通，DC 36V 电源驱动电磁铁吸合而连通通道方向1；相反，当输入信号ON_OFF 为低电平时，V1 关闭输出，电磁铁在回位弹簧的作用下恢复到通道方向2。图中的V2 是续流二极管，起到了V1 关闭输出后电磁铁两端的反向电压的箝位和续流作用，主要作用是防止MOS 管V1 及电源其他元件损坏；F1 是熔断式保险丝，起到了短路保护的作用。上述传统控制电路存在以下缺点：换向速度慢，原因是V1 关闭输出后，电磁铁上的磁力能转换成电能，通过续流二极管V2 慢速消耗，消耗过程中形成的回路电流使电磁铁有一定的保持力，从而不能在回位弹簧的作用下快速回位换向。

图1 电磁铁换向机构

图2 传统的电磁铁驱动电路图

2   快速换向控制电路结构及其工作原理

2.1 电路结构原理图

基于上述传统控制电路的缺陷分析^[2]，提出图3 所示的一种新的电磁铁控制电路，该电路能够实现驱动管关闭输出时电磁铁磁力能的快速消耗，从而提高换向机构的换向速度。

图3 新型电磁铁驱动电路图

2.2 电路控制的工作原理

图3 所示的新型电磁铁驱动电路可对单路电磁铁进行驱动控制，V2 是一个N 沟道MOS 管，作用是控制电磁铁的电源开启和关断；V2 是普通开关二极管，起到了单向导通的功能；V3 是TVS 二极管，作用是对大于其阈值的电压做快速吸收；V4 是P 沟道MOS 管，作用是关闭V3 的上述作用；R1、R2、R3 和V5 的作用是驱动V4；F1 是熔断式保险丝，起到短路保护的作用，具体如下：当ON_OFF1 输入高电平“1”时，V1 的D、S 端导通，DC 36 V 电源驱动电磁铁工作，通道方向将快速切换到通道方向1。在电磁铁正常工作时，当ON_OFF1输入低电平“0”、ON_OFF2 输入低电平“0”时，V1、V4 和V5 关断，电磁铁掉电，根据电感续流特性，电磁铁将产生反向电压，其2 脚电压高于1 脚，反向电压通过V2 加载到V3的两端，V3 的TVS 特性使得反向电流快速消耗完毕，实现电磁铁快速释放，通道方向切换至通道方向2。在电磁铁正常工作时，当ON_OFF1输入低电平“0”、ON_OFF2 输入高电平“1”时，V1 关断，V4 和V5 开启，电磁铁掉电，根据电感续流特性，电磁铁将产生反向电压，其2 脚电压高于1 脚，反向电压通过V2 加载到V3 和V4 的两端，因V4 的D、S 端完全开启导通，反向电流流过V4 形成回流，反向电流慢速消耗完毕，电磁铁只能慢速释放后通道方向切换至通道方向2，与传统控制电路功能相当。进一步，如图3 所示，TVS 二极管V3 的击穿电压与电源电压相匹配，两者可以取相同电压值。V2 可以选取普通开关二极管或肖特基二极管，其反向耐压必须大于电源电压。V1 和V4 主要考虑其额定电流不小于电磁铁的工作电流，一般至少2 倍以上。R1 取值范围：1 kΩ ～ 4.7 kΩ，R3 取值范围：10 kΩ，在电路中，R2的阻值是R3 的2 倍，具体和电源电压大小与V4 的VGS电压有关。

3   结束语

本文主要对传统电磁铁控制电路对提速响应存在的弊端进行分析，并通过对其电路进行改良，很好地解决传统电磁铁控制电路的问题，实现驱动管关闭输出时电磁铁磁力能的快速消耗，从而实现提高换向机构的换向速度，为OA 设备等产品的提速运行提供技术支持。

参考文献：

[1] 王均杰.电磁换向阈应用探讨[J].河南科技,2014(16):118-119.

[2] 周超群.电磁阈的原理及其在工程设计中的应用探讨[J].石油化工自动化，2006(5):92-94.

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年9月期）