如何构建驱动器电路来控制电磁阀

螺线管是许多过程自动化系统中非常常用的执行器。电磁阀有很多种，例如，有电磁阀可用于打开或关闭水或煤气管道，还有电磁柱塞用于产生直线运动。我们大多数人都会遇到的一种非常常见的螺线管应用是叮咚门铃。门铃内部有一个柱塞式电磁线圈，当由交流电源通电时，它会上下移动一根小杆。该杆将撞击放置在电磁阀两侧的金属板，以产生舒缓的叮咚声。

尽管有许多类型的螺线管机构可用，但最基本的东西保持不变。也就是说，它有一个缠绕在金属（导电）材料上的线圈。当线圈通电时，这种导电材料会受到一些机械运动，然后在断电时通过弹簧或其他机构反转。由于螺线管涉及线圈，它们通常会消耗大量电流，因此必须具有某种类型的驱动器电路来操作它。在本教程中，我们将学习如何构建驱动器电路来控制电磁阀。

所需材料

电磁阀

12V 适配器

7805 稳压器 IC

IRF540N 场效应管

二极管 IN4007

0.1uf 宽广

1k 和 10k 电阻器

连接线

面包板

什么是电磁阀，它是如何工作的？

螺线管是一种将电能转换为机械能的装置。它有一个缠绕在导电材料上的线圈，这种设置充当电磁铁。电磁铁相对于天然磁铁的优势在于，它可以在需要时通过通电线圈来打开或关闭。因此，当线圈通电时，根据法拉第定律，载流导体周围有一个磁场，因为导体是一个线圈，磁场足够强，可以磁化材料并产生线性运动。

在此过程中，线圈会消耗大量电流，并且还会产生迟滞问题，因此不可能通过逻辑电路直接驱动电磁线圈。这里我们使用12V电磁阀，通常用于控制液体流量。电磁阀通电时消耗700mA的连续电流，峰值接近1.2A，因此我们在为这种特定的电磁阀设计驱动电路时必须考虑这些事情。

电路图

电磁阀驱动器电路的完整电路图如下图所示。在查看完整电路后，我们将了解为什么会这样设计。

如您所见，该电路非常简单且易于构建，因此我们可以使用小型面包板连接进行测试。电磁阀可以通过在其端子上为 12V 供电来轻松打开，并通过关闭电源将其关闭。为了使用数字电路控制此开启和关闭过程，我们需要像MOSFET这样的开关器件，因此它是该电路中的重要组件。以下是选择MOSFET时必须检查的参数。

栅极源极阈值电压V总务（千）:这是必须提供给MOSFET才能将其打开的电压。这里的阈值电压值为4V，我们提供的电压为5V，足以完全打开MOSFET

连续漏极电流：连续漏极电流是允许流过电路的最大电流。在这里，我们的电磁阀消耗的最大峰值电流为1.2A，MOSFET的额定值在5V Vgs时为10A。因此，我们对MOSFET的额定电流非常安全。始终建议在电流的实际值和额定值之间有一些上边际差异。

漏源导通状态电阻：当MOSFET完全导通时，漏极和源极引脚之间有一些电阻，这种电阻称为导通状态电阻。该值应尽可能低，否则引脚上会出现巨大的压降（欧姆定律），导致电磁阀的电压不足。这里的导通电阻值仅为0.077Ω。

如果您正在为其他电磁阀应用设计电路，您可以查看 MOSFET 的数据表。7805线性稳压器IC用于将12V输入电源转换为5V，当通过1K限流电阻按下开关时，该电压将提供给MOSFET的栅极引脚。当开关未按下时，栅极引脚通过一个 10k 电阻器向下拉至地。这样可以在未按下开关时保持 MOSFET 关闭状态。最后在反并联方向上添加一个二极管，以防止电磁线圈放电到电源电路中。

电磁驱动电路的工作原理

现在我们已经了解了驱动电路的工作原理，让我们通过在面包板上构建电路来测试电路。我使用 12V 适配器供电，完成后我的硬件设置如下所示。

当按下中间的开关时，为MOSFET提供+5V电源，并打开电磁阀。当再次按下开关时，它会断开与MOSFET的+5V电源连接，电磁阀回到关断状态。电磁阀的打开和关闭可以通过它发出的咔嗒声来注意到，但为了让它更有趣一点，我将电磁阀连接到水管上。默认情况下，当电磁阀关闭时，该值是关闭的，因此没有水从另一端流出。然后，当电磁阀打开时，值打开并且水流出。工作可以在下面的视频中可视化。