Mạch điều khiển điện từ

Solenoid là bộ truyền động được sử dụng rất phổ biến trong nhiều hệ thống tự động hóa quy trình. Có nhiều loại điện từ, ví dụ có van điện từ có thể được sử dụng để mở hoặc đóng các đường ống dẫn nước hoặc khí và có các pít tông điện từ được sử dụng để tạo ra chuyển động thẳng. Một ứng dụng rất phổ biến của điện từ mà hầu hết chúng ta đã từng đi qua là chuông cửa ding-dong. Chuông cửa có một cuộn dây điện từ kiểu pit tông bên trong nó, khi được cung cấp năng lượng bởi nguồn điện xoay chiều sẽ di chuyển một thanh nhỏ lên xuống. Thanh này sẽ va vào các tấm kim loại đặt ở hai bên của bộ điện từ để tạo ra âm thanh ding dong êm dịu.

Mặc dù có nhiều loại cơ chế điện từ, nhưng điều cơ bản nhất vẫn giống nhau. Nghĩa là, nó có một cuộn dây quấn trên vật liệu kim loại (dẫn điện). Khi cuộn dây được cung cấp năng lượng, vật liệu dẫn điện này phải chịu một số chuyển động cơ học, sau đó chuyển động ngược lại qua lò xo hoặc cơ chế khác khi được khử năng lượng. Vì điện từ liên quan đến cuộn dây nên chúng thường tiêu thụ một lượng lớn dòng điện nên bắt buộc phải có một số loại mạch điều khiển để vận hành nó. Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ học cách xây dựng mạch trình điều khiển để điều khiển van điện từ.

Vật liệu thiết yếu

• Van điện từ
• Bộ chuyển đổi 12V
• 7805 IC điều chỉnh
• IRF540N MOSFET
• Diode IN4007
• 0,1uf Capacious
• Điện trở 1k và 10k
• Kết nối dây
• Breadboard

Solenoid là gì và nó hoạt động như thế nào?

Điện từ là một thiết bị chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Nó có một cuộn dây quấn trên một vật liệu dẫn điện, thiết lập này hoạt động như một nam châm điện. Ưu điểm của nam châm điện so với nam châm tự nhiên là nó có thể được bật hoặc tắt khi có yêu cầu bằng cách cung cấp năng lượng cho cuộn dây. Do đó, khi cuộn dây được cung cấp năng lượng thì theo định luật faradays, dây dẫn mang dòng điện có từ trường xung quanh nó, vì dây dẫn là một cuộn dây nên từ trường đủ mạnh để từ hóa vật liệu và tạo ra chuyển động thẳng.

Trong quá trình này, cuộn dây hút một lượng lớn dòng điện và cũng tạo ra sự cố trễ, do đó không thể điều khiển cuộn dây Solenoid trực tiếp thông qua mạch logic. Ở đây chúng tôi đang sử dụng van điện từ 12V thường được sử dụng để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng. Solenoid tạo ra một dòng điện liên tục 700mA khi được cung cấp năng lượng và đỉnh gần 1.2A vì vậy chúng ta phải xem xét những điều này khi thiết kế mạch điều khiển cho van điện từ cụ thể này.

Sơ đồ mạch

Sơ đồ mạch hoàn chỉnh cho mạch điều khiển Solenoid được hiển thị trong hình dưới đây. Chúng ta sẽ hiểu tại sao nó được thiết kế như vậy, sau khi xem qua mạch hoàn chỉnh.

Như bạn có thể thấy mạch rất đơn giản và dễ xây dựng, do đó chúng tôi có thể kiểm tra điều này bằng cách sử dụng kết nối breadboard nhỏ. Một bộ điện từ có thể đơn giản được bật bằng cách cấp nguồn 12V qua các đầu cuối của nó và tắt bằng cách tắt nguồn. Để điều khiển quá trình bật tắt này bằng mạch kỹ thuật số, chúng ta cần một thiết bị chuyển mạch như MOSFET và do đó nó là thành phần quan trọng trong mạch này. Sau đây là các thông số mà bạn phải kiểm tra khi chọn MOSFET.

Điện áp ngưỡng nguồn cổng V _{GS (th)}: Đây là điện áp phải được cung cấp cho MOSFET để BẬT. Ở đây giá trị điện áp ngưỡng là 4V và chúng tôi đang cung cấp điện áp 5V là quá đủ để bật MOSFET hoàn toàn

Dòng xả liên tục : Dòng xả liên tục là dòng điện tối đa có thể cho phép chạy qua mạch. Ở đây điện từ của chúng tôi tiêu thụ dòng điện tối đa là 1,2A và định mức của MOSFET của chúng tôi là 10A ở 5V Vgs. Vì vậy, chúng tôi an toàn hơn với xếp hạng hiện tại của MOSFET. Nên luôn có một số chênh lệch biên trên giữa giá trị thực và giá trị danh định của dòng điện.

Điện trở trên trạng thái xả của nguồn: Khi MOSFET được bật hoàn toàn, nó có một số điện trở giữa chân Xả và chân nguồn, điện trở này được gọi là kháng trạng thái. Giá trị này phải càng thấp càng tốt nếu không sẽ có sự sụt giảm điện áp rất lớn (định luật ohms) trên các chân dẫn đến không đủ điện áp cho Solenoid để bật. Giá trị của điện trở trạng thái ở đây chỉ là 0,077Ω.

Bạn có thể xem datasheet của MOSFET nếu bạn đang thiết kế mạch cho một số ứng dụng Solenoid khác. IC điều chỉnh tuyến tính 7805 được sử dụng để chuyển đổi nguồn đầu vào 12V thành 5V, điện áp này sau đó được cấp cho chân Cổng của MOSFET khi công tắc được nhấn thông qua điện trở giới hạn dòng 1K. Khi không nhấn công tắc, chân cổng được kéo xuống đất thông qua Điện trở 10k. Điều này giữ MOSFET tắt khi không nhấn công tắc. Cuối cùng một diode được thêm vào theo hướng chống song song để ngăn cuộn dây điện từ phóng điện vào mạch nguồn.

Hoạt động của mạch điều khiển Solenoid

Bây giờ chúng ta đã hiểu cách thức hoạt động của mạch Driver, hãy kiểm tra mạch bằng cách xây dựng nó trên một bảng mạch bánh mì. Tôi đã sử dụng bộ chuyển đổi 12V để cấp nguồn và thiết lập phần cứng của tôi trông giống như thế này khi hoàn thành.

Khi công tắc ở giữa được nhấn, nguồn + 5V được cung cấp cho MOSFET và nó sẽ bật Solenoid. Khi nhấn lại công tắc, nó sẽ ngắt nguồn cung cấp + 5V cho MOSFET và điện từ quay trở lại trạng thái tắt. Việc bật và tắt điện từ có thể được nhận thấy bởi âm thanh nhấp chuột do nó tạo ra, nhưng để làm cho nó thú vị hơn một chút, tôi đã kết nối van điện từ với một đường ống nước. Theo mặc định khi điện từ tắt, giá trị được đóng lại và do đó không có nước chảy ra qua đầu kia. Sau đó, khi bật điện từ, giá trị sẽ mở và nước chảy ra. Hoạt động có thể được hình dung trong video dưới đây.

Hy vọng bạn đã hiểu dự án và thích xây dựng nó, nếu bạn gặp bất kỳ vấn đề nào thì hãy đăng chúng trong phần bình luận hoặc sử dụng diễn đàn để được trợ giúp kỹ thuật.