限制占空比的螺线管保护电路

技术分类: 模拟设计  | 2006-12-04
Panagiotis Kosioris, Inos Automation Software, Stuttgart, Germany

  在正常工作期间,汽车组装线的激光测量系统中的几个对安全性很关键的螺线管需要得到针对内部过热的保护。在60秒激活之后,螺线管在下一次激活之前需要180秒钟的冷却。一种显然直截了当的保护电路包含一个基于微控制器的计时器、一些支持元件、一个用C++写的短程序。但是,这个项目需要评估和选择合适的微控制器,需要购买或租借一个器件编程器,并需要花相当多时间来对微控制器编程并评估它的运行的危险性。

  作为一种替代方案,我想起了我的导师说过的话:“可以减少危险元件的数量来降低风险。”简单的模拟电路将更安全、更小型,更容易维护。图1中的电路使用了一种传统的测量时间的模拟方法:电阻/电容电路的充电和放电过程。

图1中的电路使用了一种传统的测量时间的模拟方法


  图2突出了电路的计时元件。电容器C2(一个具有±10%公差的钽电解电容)、二极管D1以及电阻器R2和R5组成了一个双RC(电阻器/电容器)电路。在螺线管激活期间,R2为C2提供充电路径,而二极管D1防止C2通过螺线管放电。当螺线管处于关断状态时,放电路径由R2和R5组成,它提供了较长的时间常数。两个时间常数之间的差值确定了螺线管的激活周期和恢复周期。史密特触发器设计在IC1(Analog
Devices 公司的AD822双通道运算放大器)中,它传感C2两端的电压,并定义螺线管的截止和接通计时间隔。中间缓冲级IC1B驱动Microchip TC4432 MOSFET驱动器,而后者又控制Q1(N沟道功率MOSFET,依靠24V来驱动螺线管)的栅极。

图2突出了电路的计时元件


  当Q1接通时,C2两端的电压电平上升,在60秒之后,史密特触发器的输出从12V降至0V。缓冲级把二极管D2的阴极驱动到0V。D2阳极的电压达到0.7V,不足以触发MOSFET驱动器IC2。Q1现在关断,取消螺线管和反向偏置二极管D1的电源电压。电容C2开始通过R2和R5放电,并且施加到史密特触发器的输入电压的下降速率慢于充电间隔期间的速率。180秒之后,史密特触发器的输出升至12V,并且电路等待另一个外部触发器脉冲通过电阻器R3到达。
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