Простая схема защиты соленоида ограничивает время включения

Panagiotis Kosioris

EDN

Нескольким критичным для безопасности соленоидам в лазерной измерительной системе на линии сборки автомобилей требовалась защита от внутреннего перегрева во время штатной работы. После 60 с активности было необходимо в течение 180 с охлаждать соленоиды до следующего включения. Вероятно, один из вариантов простой схемы защиты мог бы содержать таймер на основе микроконтроллера, несколько вспомогательных компонентов и короткую программу, написанную на C++. Однако такой проект потребует оценки и выбора подходящего микроконтроллера, покупки или аренды программатора и значительного времени на программирование микроконтроллера и анализ эксплуатационных рисков.

В качестве альтернативы я вспомнил слова своего наставника: «Чтобы снизить риск опасности, уменьшите количество опасных компонентов». Простая аналоговая схема будет безопаснее, меньше и проще в обслуживании. В схеме на Рисунке 1 используется традиционный аналоговый метод измерения времени, основанный на заряде и разряде резистивно-емкостной цепи.

Рисунок 1.	В запускаемом внешним сигналом драйвере соленоидов используется аналоговый ограничитель времени включения.

На Рисунке 2 отдельно показаны времязадающие компоненты схемы. RC-цепь образована танталовым электролитическим конденсатором C₂ с допуском ±10%, диодом D₁ и резисторами R₂, R₅. При активированных соленоидах R₂ обеспечивает путь заряда конденсатора C₂, а диод D₁ защищает C₂ от разряда через соленоиды. Когда соленоиды выключаются, конденсатор разряжается через R₂ и R₅ с постоянной времени большей, чем при заряде. Разница между двумя постоянными времени определяет длительности периодов работы и восстановления соленоида. Триггер Шмитта, сделанный на половине микросхемы сдвоенного операционного усилителя AD822, в соответствии с напряжением на конденсаторе C₂, задает интервалы выключения и включения соленоидов. Промежуточный буферный каскад IC_1B управляет драйвером MOSFET TC4432, который, в свою очередь, управляет затвором мощного N-канального MOSFET Q₁, нагрузкой которого является соленоид, питающийся напряжением 24 В.

Рисунок 2.	Эта резистивно-емкостная цепь определяетдлительности интервалов включения и выключения.

Когда транзистор Q₁ открывается, напряжение на C₂ увеличивается, и по истечении 60 с уровень выходного напряжения триггера Шмитта опускается с 12 В до 0 В. Соответственно, на выходе буферного каскада и на катоде диода D₂ напряжение также становится равным 0 В. При этом напряжение на аноде D₂ составляет 0.7 В, что недостаточно для запуска драйвера MOSFET IC₂. Теперь Q₁ выключается, питание с соленоидов снимается, и диод D₁ закрывается. Конденсатор C₂ начинает разряжаться через R₂ и R₅, и входное напряжение триггера Шмитта уменьшается, но медленнее, чем на интервале заряда. Через 180 с на выходе триггера Шмитта устанавливается высокий уровень 12 В, и схема переходит в режим ожидания поступления через резистор R₃ следующего внешнего импульса запуска.