Circuito di pilotaggio del solenoide

I solenoidi sono attuatori molto comunemente usati in molti sistemi di automazione di processo. Esistono molti tipi di solenoidi, ad esempio ci sono elettrovalvole che possono essere utilizzate per aprire o chiudere linee di tubazioni dell'acqua o del gas e ci sono pistoni solenoidi che vengono utilizzati per produrre movimento lineare. Un'applicazione molto comune del solenoide che la maggior parte di noi avrebbe incontrato è il campanello della porta del ding-dong. Il campanello della porta ha una bobina del solenoide del tipo a stantuffo al suo interno, che quando eccitata da una fonte di alimentazione CA muoverà una piccola asta su e giù. Questa asta colpirà le piastre metalliche poste su entrambi i lati del solenoide per produrre il suono rilassante del ding dong.

Sebbene siano disponibili molti tipi di meccanismi a solenoide, la cosa più fondamentale rimane la stessa. Cioè, ha una bobina avvolta su un materiale metallico (conduttivo). Quando la bobina viene eccitata, questo materiale conduttivo è soggetto a un movimento meccanico che viene quindi invertito tramite una molla o un altro meccanismo quando viene diseccitato. Poiché il solenoide coinvolge la bobina, spesso consumano una grande quantità di corrente, rendendo obbligatorio un qualche tipo di circuito di pilotaggio per azionarlo. In questo tutorial impareremo come costruire un circuito di pilotaggio per controllare un'elettrovalvola.

Materiali richiesti

• Valvola solenoide
• Adattatore 12V
• 7805 Regulator IC
• MOSFET IRF540N
• Diodo IN4007
• 0.1uf Capacious
• Resistori da 1k e 10k
• Cavi di collegamento
• Breadboard

Cos'è un solenoide e come funziona?

Un solenoide è un dispositivo che converte l'energia elettrica in energia meccanica. Ha una bobina avvolta su un materiale conduttivo, questa configurazione funge da elettromagnete. Il vantaggio di un elettromagnete rispetto al magnete naturale è che può essere acceso o spento quando richiesto energizzando la bobina. Pertanto, quando la bobina viene eccitata, secondo la legge di Faradays il conduttore che trasporta corrente ha un campo magnetico attorno ad esso, poiché il conduttore è una bobina il campo magnetico è abbastanza forte da magnetizzare il materiale e creare un movimento lineare.

Durante questo processo la bobina assorbe una grande quantità di corrente e produce anche problemi di isteresi, quindi non è possibile pilotare una bobina del solenoide direttamente attraverso un circuito logico. Qui stiamo usando un'elettrovalvola a 12V che è comunemente usata per controllare il flusso di liquidi. Il solenoide assorbe una corrente continua di 700 mA quando eccitato e un picco di quasi 1,2 A, quindi dobbiamo considerare queste cose durante la progettazione del circuito di pilotaggio per questa particolare elettrovalvola.

Schema elettrico

Lo schema elettrico completo per il circuito del driver del solenoide è mostrato nell'immagine sotto. Capiremo perché è progettato così, una volta dato uno sguardo al circuito completo.

Come puoi vedere il circuito è molto semplice e facile da costruire, quindi possiamo testarlo usando una piccola connessione breadboard. Un solenoide può essere semplicemente acceso alimentando 12V attraverso i suoi terminali e spento spegnendolo. Per controllare questo processo di accensione e spegnimento usando un circuito digitale abbiamo bisogno di un dispositivo di commutazione come il MOSFET e quindi è il componente importante in questo circuito. I seguenti sono i parametri che devi controllare durante la selezione del MOSFET.

Gate Source Threshold Voltage V _{GS (th)}: questa è la tensione che deve essere fornita al MOSFET per accenderlo. Qui il valore della tensione di soglia è 4V e stiamo fornendo una tensione di 5V che è più che sufficiente per accendere completamente il MOSFET

Corrente di drenaggio continua: la corrente di drenaggio continua è la corrente massima che può essere lasciata fluire attraverso un circuito. Qui il nostro solenoide consuma una corrente di picco massima di 1,2 A e il valore nominale del nostro MOSFET è 10 A a 5 V Vgs. Quindi siamo più che al sicuro con l'attuale valutazione del MOSFET. Si consiglia sempre di avere una differenza marginale superiore tra il valore effettivo e il valore nominale della corrente.

Resistenza allo stato di drain-source: quando il MOSFET è completamente acceso, ha una certa resistenza tra il pin di drenaggio e quello di origine, questa resistenza viene chiamata come resistenza di stato. Il valore di questo dovrebbe essere il più basso possibile altrimenti ci sarà un'enorme caduta di tensione (legge ohm) tra i pin con conseguente tensione non sufficiente per l'accensione del solenoide. Il valore della resistenza allo stato attivo qui è solo 0,077Ω.

Puoi guardare la scheda tecnica del tuo MOSFET se stai progettando il circuito per qualche altra applicazione solenoide. Un IC regolatore lineare 7805 viene utilizzato per convertire l'alimentazione di ingresso da 12V a 5V, questa tensione viene quindi data al pin Gate del MOSFET quando l'interruttore viene premuto attraverso un resistore limitatore di corrente da 1K. Quando l'interruttore non è premuto, il perno del gate viene abbassato a terra tramite una resistenza da 10k. Ciò mantiene il MOSFET spento quando l'interruttore non è premuto. Infine viene aggiunto un diodo in direzione antiparallelo per evitare che la bobina del solenoide si scarichi nel circuito di alimentazione.

Funzionamento del circuito del driver del solenoide

Ora che abbiamo capito come funziona il circuito Driver, proviamo il circuito costruendolo su una breadboard. Ho usato un adattatore da 12V per l'alimentazione e la mia configurazione hardware è simile a questa una volta completata.

Quando viene premuto l'interruttore intermedio, l'alimentazione + 5V viene fornita al MOSFET e si accende il solenoide. Premendo nuovamente l'interruttore scollega l'alimentazione + 5V al MOSFET e il solenoide torna in stato di spento. L'accensione e lo spegnimento del solenoide si nota dal ticchettio che produce, ma per renderlo un po 'più interessante ho collegato l'elettrovalvola ad un tubo dell'acqua. Per impostazione predefinita, quando il solenoide è spento il valore è chiuso e quindi non esce acqua dall'altra estremità. Quindi quando il solenoide è acceso il valore si apre e l'acqua scorre fuori. La lavorazione può essere visualizzata nel video sottostante.

Spero che tu abbia capito il progetto e ti sia piaciuto realizzarlo, se hai riscontrato problemi, sentiti libero di pubblicarli nella sezione commenti o usa il forum per assistenza tecnica.