一种小型电磁阀的控制电路设计与Multisim仿真

高术森　张团善

【摘 要】本文介绍了一种小型电磁阀的控制电路原理，传统的控制方式电磁铁吸合、释放时线圈中的电流较大，线圈保持吸合状态会发热。为了使电磁阀工作稳定可靠，本文采用额定电压吸合、矩形波（PWM）维持的控制方式。基于TS555定时器的多稳态特性设计了电磁阀的控制电路，给出了电路的具体分析，利用multisim 10进行仿真，最后给出了实验验证结果。

【关键词】电磁阀；PWM；555定时器；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

電磁阀是纺织机械、针织机械中应用比较普遍的执行元件之一，传统的控制方法通过微处理器控制电磁阀的吸合和释放，电磁阀的实时快速开启和闭合影响着针织机械的编织效果和生产效率。许多研究学者对针织机械使用的小型电磁阀的控制方式做了一定的研究，吴辉[1]等人对提花袜机电磁阀驱动控制方式做了研究，通过CAN Bus、STM32微处理器和PC817隔离及晶体管的放电作用来驱动电磁阀。刘兴俊[2]等人对飞行器滚控电磁阀驱动方式做了研究，设计了可调制脉冲控制驱动模块。当前，针织机械上的电磁阀的控制大多采用微处理器管脚输出高低电平与光耦隔离放大相结合的控制方式，大量电磁阀的控制会增加机器的硬件及软件成本，采用PWM控制电磁阀，可以在电磁阀吸合状态维持小电流，电磁阀工作中的发热情况以减少，电力的浪费将降低，电磁阀的正常使用寿命将延长。

本文采用TS555定时器来组成多稳态振荡电路用于产生矩形波（PWM）和驱动放大电路一起来控制电磁阀，该控制方式简单可靠，符合针织机械的控制要求，并利用multisim软件对控制电路进行了仿真分析。

1 TS555定时器介绍

TS555 定时器[3]是一款低功耗单极型CMOS定时器。使用TS555 定时器能够构成振荡电路产生和输出周期性的信号波形。该定时器高输入阻抗：1012Ω，高输出电流能力，输出兼容TTL、CMOS和逻辑MOS，所以TS555定时器在延时电路，波形的产生电路、自动化控制、家庭电器控制等领域被广泛应用。

该TS555定时器内部包含有电压比较器A和电压比较器B、基本触发器RS、一个非门、3个5kΩ的电阻R组成的分压器、一个放电MOS管V。如图1所示，各个引脚功能如下：

1 脚（GND）：接地或者公共地端电压，正常接地；2 脚（TR）：低电平触发端；3 脚（Output）：输出端；4 脚（Reset）：复位端，外部低电平复位，正常工作时外接高电平；5 脚（CO）：为控制电压端；6 脚（TH）：高电平触发端；7 脚（D）：放电端。与放电MOS管V集电极连接，外接一个电容，放电管导通时放电；8 脚（VCC）：电源端，工作在2V ～18V范围内使用。

2 电磁阀控制电路设计

2.1 电磁阀控制电路

该小型电磁阀的控制电路如图2所示，TS555定时器外接两个阻值大小均为22kΩ的电阻R1和R2，外接电容C为680nF，构成的多谐振荡电路。5脚接0.01uF的电容接“地”，以防止干扰的引入。4脚为复位端，外接复位芯片给TS555定时器复位，RST的作用是直接清零，低电平时有效。当 RST 端接低电平，定时器不工作，所以该端不用时应接高电平，复位芯片接上拉电阻R3使RST保持为高电平，电容C4为高频滤波电容。

2.2 电磁阀驱动电路

该小型电磁阀驱动电路如图3所示，定时器输出uo，电流经N沟道增强型MOS管放大使电磁阀线圈L吸合，当磁铁吸合时，铁芯被磁化后产生电磁力使磁铁吸合，工作时电磁力主要克服弹簧的支撑力，当电磁阀线圈导通吸合后，只要给线圈提供很小的电流便可以维持它吸合时的工作状态，输出uo为矩形波等效成小电流正好符合电磁阀的工作特点。电磁阀外部断电时，其内部的电感线圈内会产生反方向的感应电动势，可以通过快恢复二极管D1和一个电阻R5组成的回路释放，保护回路的元件不被损坏。endprint

3 电路仿真及分析

电磁阀的控制电路由TS555定时器构成的多稳态振荡电路构成，把它与电磁阀驱动电路相结合可以组成电磁阀完整的控制电路。经Multisim10软件仿真[4]，结果如图4所示，可以看出周期性的矩形波产生，通过它来驱动电磁阀。

3.1 计算电路的理论值

根据TS555定时器组成的多谐振荡电路的波形产生的特性，电路的理论值可以计算得出：

电容C充电时间常数：

T1=（R1+R2）Cln2=0.7（R1+R2）C=20.944ms

电容C放电时间常数：

T2=R2Cln2=0.7R2C=10.472ms

振荡周期：

T=T1+T2=（R1+2R2）Cln2=31.416ms

占空比：

3.2 仿真值

根据控制电路中电容C周期性充电、放电的特点：TS555定时器外接两个电阻R1和电阻R2，外接电容C可构成多谐振荡的电路，接通工作的电源Vcc后，它经过R1和R2对电容C进行充电，Uc从零增大至2/3Vcc；当放电管V导通时，电容C通过R2和V放电，Uc降低至1/3Vcc，电容电压Uc在1/3Vcc和2/3Vcc之間振荡，该控制电路的输出端uo输出了高、低电平的周期性的矩形方波。由图5的仿真波形可以得出uo输出的矩形方波参数：充电时间常数：T1=20.873ms；周期T=31.499ms；占空比q=2/3。

4 结论

本文介绍了一种小型电磁阀的控制电路设计，利用TS555定时器的多稳态特性设计了具体的电磁阀控制电路，并利用Multisim10软件对该电磁阀的控制电路进行了仿真分析，该控制电路的仿真结果基本和计算的理论值一致，实验结果表明该控制电路是可行的。

【参考文献】

[1]吴辉.嵌入式电脑袜机控制系统底层设计[D].西安：西安工程大学，2013：21-23.

[2]刘兴俊.基于FPGA的电磁阀控制设计与研究[J].电子器件，2016，39（2）：392-393.

[3]腾政胜.555定时器的典型应用及OrCAD/PSpice仿真[J].现代电子技术，2009，（7）：18

1-184.

[4]阎石.数字电子技术基础[M].第五版.北京：高等教育出版社，2006.

[责任编辑：张涛]endprint