基于L9352B的電磁閥控制電路設計與實現

朱獻晶

南京舒普思達醫療設備有限公司（江蘇 南京 211505）

0 引言

傳統電磁閥控制電路的工作原理是通過集成的二極管控制一些大型工業設備，但是二極管的功能具有局限性，只能控制一些小型低配的工業設備，一定程度上限制了工業效益的最大化。而且，此控制電磁閥的方法成本高，需要大量的能源為基礎[1]。為此，文章通過設計電磁閥的驅動芯片、控制器和控制電路，完成了基于L9352B的電磁閥控制電路的設計，拓寬了工業領域的發展。

1 基于L9352B的電磁閥控制電路設計

1.1 L9352B集成芯片的特性

L9352B作為目前最新研究生產的驅動芯片，主要面向的對象是電磁閥、磁鐵等構建而成的特殊工業設備。集成驅動芯片的核心是將設備驅動功能和設備運行監測功能集成在同一個驅動芯片內，達到了調用工業設備負載強度的目的，并且驅動芯片的應用領域也拓寬為任何比例的電磁閥。L9352B集成芯片還具有設備短路保護、過溫關閉功能可選、開路負載監測、調節器誤差監測、靜電監測、調節電磁閥的負載能力等功能。L9352B集成芯片的工作電流為5 mA，集成驅動芯片的運行狀態分為監測狀態和后臺待機狀態。集成驅動芯片不同狀態下消耗的電能不同，這就降低了工業設備的能耗。

為達到設計目的，L9352B集成芯片特意在電磁閥控制電路中的并聯節點串聯了一個端口監測器，并將各個檢測器的結果實時發送到芯片中，然后由芯片進行處理。集成驅動芯片最突出的特點是可以和電磁閥控制電路的功能相匹配，對于電磁閥控制電路的電流和電阻值，芯片通過信號控制可以改變電流的輸入與輸出值，滿足文章的設計理念。驅動芯片需要0.2 Ω阻值的電阻就可以完成驅動，節省了驅動資源，提高了芯片的工作效率[2-3]。

1.2 控制器STM32F103ZET6

為了實現電磁閥控制電路控制性能的最優化，文章選擇STM32F103ZET6型號的控制器。該控制器是由Codex-M3框架進行優化的半導體式32位閃存微處理器，優化框架的主要目的是提高控制器的控制靈敏性以及降低工作功耗。STM32F103ZET6控制器的內核電壓為2 V，芯片電壓為3 V，運行狀態分為待機模式和工作模式，這樣可以延長控制器的使用周期，提高控制器的使用效率。另外，控制器的內部工作頻率為72 MHz，運行速度快，控制器通過各個小型通信接口，可以同時實現控制電磁閥的多條電路和通信信號操作，因此STM-32F103ZET6控制器適合工作在控制領域[4]。

1.3 電磁閥控制軟件設計

為實現L9352B型號電磁閥控制電路控制性能的最優化，需要設計控制軟件，負責控制調用控制器、驅動芯片等設備。文章設計的電磁閥控制軟件系統，其主要工作調用通過C語言實現，工作環境為RealView MDK-ARMVersion4.12，控制軟件編寫的所有編程命令都統一在軟件系統的執行區域執行，方便命令的存儲。電磁閥控制軟件的主要功能是通過自上而下的工作模式實現電磁閥電路的控制和安全監測。電磁閥開關開啟后，控制軟件立即啟動，對電磁閥的控制電路進行電路安全檢測和功能初始化，檢測電路是否存在故障，如果存在故障，則需要向電磁閥中心發出命令，請求修復；如果軟件系統對電磁閥控制電路的預處理沒有問題，則開啟一周期的電路控制工作。

1.4 電磁閥控制電路設計

電磁閥的功能由電路控制，文章設計的控制電路主要包括隔離電路、驅動電路、信號產生電路三部分，3個整體電路的分布為隔離電路在驅動電路和信號電路的中間。由于驅動電路和信號產生電路的工作電壓分別為3 V和4 V，隔離電路的工作電壓為3～6 V，若驅動電路和信號產生電路相連就會造成電路短路，因此需要隔離電路進行分壓[5]。電磁閥隔離電路的每個支路引腳由靈敏觸發器構成，具有高電平性能，可分流電磁閥的輸入輸出電壓，穩定控制電路的運行。驅動電路設置4個獨立串聯的支路，分別用以傳輸電磁閥控制數據和命令數據，每個串聯的控制電路通過電磁閥的ARM架構將電路數據轉化為信號的格式輸出傳給L9352B電磁閥，然后控制命令通過電磁閥的驅動電路通過ARM架構傳給電路，發出控制。信號產生電路的工作是識別和轉換電磁閥發出的控制信號，信號轉發過程中帶有電路保護，一旦出現電路短路，電磁閥立刻將負載電壓調節到25 V，強推關閉電磁閥，避免安全事故的發生。控制電路圖如圖1所示。

圖1 控制電路圖

電磁閥控制電路的工作過程：首先將控制電路接入穩定的電源中，各個電路進行基礎運行驅動，控制電路自動獲取電磁閥的輸出功率和信號輸出端的電壓范圍，將電磁閥的各個引腳與控制電路的各個引腳相連接，平衡隔離電路、驅動電路和信號產生電路的電平值，形成一個閉合的環路；然后啟動芯片、控制器和電磁閥軟件控制系統；最后根據電磁閥設備的實時需要，發出電流、電壓的調節命令，控制電路接收命令，進行調節控制。

綜上所述，L9352B電磁閥控制電路的3個支路電路相互配合，傳輸命令，執行控制，完成電磁閥內電流、電壓的調節，保證電磁閥工作的穩定性[6]。

2 基于L9352B的電磁閥控制電路測試

通過以上對L9352B型號的電磁閥控制電路的驅動芯片、控制器、控制軟件和控制電路的研究分析，文章設計出一個新型的L9352B的電磁閥控制電路，為驗證該電磁閥控制電路的控制性能，需要測試控制電路。即選擇兩個相同型號的電磁閥，分別將電磁閥設備連接到文章研究的控制電路和傳統的控制電路中，另一邊連接計算機，用于記錄電磁閥控制電路的工作數據和檢測電路安全狀態，避免出現電路事故，保證設備和工作人員的安全。設計控制兩個電磁閥工作電路的電流值由3 A降至2 A和電路各個支路的電阻值由0.2 Ω提高到0.4 Ω兩個任務，并且在電磁閥設備中設計一個電壓故障，通過觀察兩個電磁閥控制電路的控制效果，分析電磁閥控制電路的性能。

工作人員對兩種控制電路預處理后，開啟電源，立即向兩個電磁閥控制電路輸入任務命令。工作人員在控制電路運行期間實時觀察計算機的電路安全監測情況，同時等待電磁閥控制電路的任務輸出結果，一旦出現意外，立即關閉電源停止操作。最終測試電磁閥控制電路的任務執行結果為文章研究的基于L9352B型號的電磁閥控制電路的任務執行時間為5 min，其中解決設置的電路故障為2 min；而傳統的電磁閥控制電路的任務執行時間為10 min，解決設置的電路故障時間為5 min。而且，基于L9352B型號的電磁閥控制電路對電磁閥電流和電阻值的調節控制效果好，過程中沒有出現短路故障，而傳統的控制電路在任務執行時出現一次3 s的短路情況，降低了電磁閥設備的工作周期。綜合上述測試數據，基于L9352B的電磁閥控制電路的控制效果優于傳統的電磁閥控制電路，具有可行性。

形成該結果的關鍵是基于L9352B的電磁閥控制電路在對電磁閥控制電路初始化時，電路的工作頻率低于正常的電路。以此參數作為故障診斷的切入點，查看控制電路的時鐘信號和有效負載電流，發現其中電磁閥控制電路的時鐘信號出現區域性丟失。因為電路的工作電壓情況由時鐘信號反映，則可以快速檢測出電磁閥控制電路的電壓短路故障，并快速調節電路電壓值以解決問題，完成對電路電流和電阻的控制調節任務。

3 結束語

文章通過研究電磁閥的控制器、驅動芯片、電路基本組成和控制思想，設計了一個新型的基于L9352B電磁閥控制電路，旨在實現工業設備的高效利用。為了驗證該電磁閥控制電路的性能，文章進行了試驗測試。經過試驗證明，基于L9352B電磁閥控制電路可以實時調控電磁閥控制電路的電流、電壓等參數值，具有可行性和實用價值。