一種小型電磁閥的控制電路設計與Multisim仿真

高術森　張團善

【摘 要】本文介紹了一種小型電磁閥的控制電路原理，傳統的控制方式電磁鐵吸合、釋放時線圈中的電流較大，線圈保持吸合狀態會發熱。為了使電磁閥工作穩定可靠，本文采用額定電壓吸合、矩形波（PWM）維持的控制方式。基于TS555定時器的多穩態特性設計了電磁閥的控制電路，給出了電路的具體分析，利用multisim 10進行仿真，最后給出了實驗驗證結果。

【關鍵詞】電磁閥；PWM；555定時器；multisim 10仿真

Design and Multisim simulation of a kind of small solenoid valve control circuit

GAO Shusen ZHANG Tuan-shan

（Xi'an Polytechnic University， Xi'an 710048，China）

【Abstract】This article describes a kind of small solenoid valve drive circuit principle， the traditional control mode when the solenoid valve pull， release， the coil current is larger， the coil keep the state may produce heat. In order to make the solenoid valve work stable and reliable， and so take the rated voltage to start， rectangular wave （PWM） maintain held it work in away. Designs the control circuit of the solenoid valve based on the multi-steady-state characteristic of the TS555 timer and gives the specific analysis of the circuit ， Use multisim 10for simulation， and finally gives the experimental results.

【Key words】Solenoid valve； PWM； 555 timer； Multisim 10 emulation

0 引言

電磁閥是紡織機械、針織機械中應用比較普遍的執行元件之一，傳統的控制方法通過微處理器控制電磁閥的吸合和釋放，電磁閥的實時快速開啟和閉合影響著針織機械的編織效果和生產效率。許多研究學者對針織機械使用的小型電磁閥的控制方式做了一定的研究，吳輝[1]等人對提花襪機電磁閥驅動控制方式做了研究，通過CAN Bus、STM32微處理器和PC817隔離及晶體管的放電作用來驅動電磁閥。劉興俊[2]等人對飛行器滾控電磁閥驅動方式做了研究，設計了可調制脈沖控制驅動模塊。當前，針織機械上的電磁閥的控制大多采用微處理器管腳輸出高低電平與光耦隔離放大相結合的控制方式，大量電磁閥的控制會增加機器的硬件及軟件成本，采用PWM控制電磁閥，可以在電磁閥吸合狀態維持小電流，電磁閥工作中的發熱情況以減少，電力的浪費將降低，電磁閥的正常使用壽命將延長。

本文采用TS555定時器來組成多穩態振蕩電路用于產生矩形波（PWM）和驅動放大電路一起來控制電磁閥，該控制方式簡單可靠，符合針織機械的控制要求，并利用multisim軟件對控制電路進行了仿真分析。

1 TS555定時器介紹

TS555 定時器[3]是一款低功耗單極型CMOS定時器。使用TS555 定時器能夠構成振蕩電路產生和輸出周期性的信號波形。該定時器高輸入阻抗：1012Ω，高輸出電流能力，輸出兼容TTL、CMOS和邏輯MOS，所以TS555定時器在延時電路，波形的產生電路、自動化控制、家庭電器控制等領域被廣泛應用。

該TS555定時器內部包含有電壓比較器A和電壓比較器B、基本觸發器RS、一個非門、3個5kΩ的電阻R組成的分壓器、一個放電MOS管V。如圖1所示，各個引腳功能如下：

1 腳（GND）：接地或者公共地端電壓，正常接地；2 腳（TR）：低電平觸發端；3 腳（Output）：輸出端；4 腳（Reset）：復位端，外部低電平復位，正常工作時外接高電平；5 腳（CO）：為控制電壓端；6 腳（TH）：高電平觸發端；7 腳（D）：放電端。與放電MOS管V集電極連接，外接一個電容，放電管導通時放電；8 腳（VCC）：電源端，工作在2V ～18V范圍內使用。

2 電磁閥控制電路設計

2.1 電磁閥控制電路

該小型電磁閥的控制電路如圖2所示，TS555定時器外接兩個阻值大小均為22kΩ的電阻R1和R2，外接電容C為680nF，構成的多諧振蕩電路。5腳接0.01uF的電容接“地”，以防止干擾的引入。4腳為復位端，外接復位芯片給TS555定時器復位，RST的作用是直接清零，低電平時有效。當 RST 端接低電平，定時器不工作，所以該端不用時應接高電平，復位芯片接上拉電阻R3使RST保持為高電平，電容C4為高頻濾波電容。

2.2 電磁閥驅動電路

該小型電磁閥驅動電路如圖3所示，定時器輸出uo，電流經N溝道增強型MOS管放大使電磁閥線圈L吸合，當磁鐵吸合時，鐵芯被磁化后產生電磁力使磁鐵吸合，工作時電磁力主要克服彈簧的支撐力，當電磁閥線圈導通吸合后，只要給線圈提供很小的電流便可以維持它吸合時的工作狀態，輸出uo為矩形波等效成小電流正好符合電磁閥的工作特點。電磁閥外部斷電時，其內部的電感線圈內會產生反方向的感應電動勢，可以通過快恢復二極管D1和一個電阻R5組成的回路釋放，保護回路的元件不被損壞。endprint

3 電路仿真及分析

電磁閥的控制電路由TS555定時器構成的多穩態振蕩電路構成，把它與電磁閥驅動電路相結合可以組成電磁閥完整的控制電路。經Multisim10軟件仿真[4]，結果如圖4所示，可以看出周期性的矩形波產生，通過它來驅動電磁閥。

3.1 計算電路的理論值

根據TS555定時器組成的多諧振蕩電路的波形產生的特性，電路的理論值可以計算得出：

電容C充電時間常數：

T1=（R1+R2）Cln2=0.7（R1+R2）C=20.944ms

電容C放電時間常數：

T2=R2Cln2=0.7R2C=10.472ms

振蕩周期：

T=T1+T2=（R1+2R2）Cln2=31.416ms

占空比：

3.2 仿真值

根據控制電路中電容C周期性充電、放電的特點：TS555定時器外接兩個電阻R1和電阻R2，外接電容C可構成多諧振蕩的電路，接通工作的電源Vcc后，它經過R1和R2對電容C進行充電，Uc從零增大至2/3Vcc；當放電管V導通時，電容C通過R2和V放電，Uc降低至1/3Vcc，電容電壓Uc在1/3Vcc和2/3Vcc之間振蕩，該控制電路的輸出端uo輸出了高、低電平的周期性的矩形方波。由圖5的仿真波形可以得出uo輸出的矩形方波參數：充電時間常數：T1=20.873ms；周期T=31.499ms；占空比q=2/3。

4 結論

本文介紹了一種小型電磁閥的控制電路設計，利用TS555定時器的多穩態特性設計了具體的電磁閥控制電路，并利用Multisim10軟件對該電磁閥的控制電路進行了仿真分析，該控制電路的仿真結果基本和計算的理論值一致，實驗結果表明該控制電路是可行的。

【參考文獻】

[1]吳輝.嵌入式電腦襪機控制系統底層設計[D].西安：西安工程大學，2013：21-23.

[2]劉興俊.基于FPGA的電磁閥控制設計與研究[J].電子器件，2016，39（2）：392-393.

[3]騰政勝.555定時器的典型應用及OrCAD/PSpice仿真[J].現代電子技術，2009，（7）：18

1-184.

[4]閻石.數字電子技術基礎[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

[責任編輯：張濤]endprint