솔레노이드는 많은 공정 자동화 시스템에서 매우 일반적으로 사용되는 액추에이터입니다. 솔레노이드에는 여러 유형이 있습니다. 예를 들어 물 또는 가스 파이프 라인을 열거 나 닫는 데 사용할 수있는 솔레노이드 밸브가 있고 직선 운동을 생성하는 데 사용되는 솔레노이드 플런저가 있습니다. 우리 대부분이 접하게 될 솔레노이드의 매우 일반적인 응용 프로그램 중 하나는 딩동 도어 벨입니다. 도어 벨 내부에는 플런저 형 솔레노이드 코일이 있으며, AC 전원에 의해 전원이 공급되면 작은 막대가 위아래로 움직입니다. 이로드는 솔레노이드의 양쪽에 놓인 금속판을 쳐서 부드러운 딩동 사운드를 생성합니다.
다양한 유형의 솔레노이드 메커니즘을 사용할 수 있지만 가장 기본적인 것은 동일합니다. 즉, 금속 (전도성) 재료 위에 코일이 감겨 있습니다. 코일에 전원이 공급 될 때이 전도성 재료는 약간의 기계적 움직임을 겪고 전원이 차단되면 스프링 또는 기타 메커니즘을 통해 반전됩니다. 솔레노이드에는 코일이 포함되어 있기 때문에 종종 많은 양의 전류를 소비하므로이를 작동하려면 일종의 드라이버 회로가 있어야합니다. 이 튜토리얼에서는 솔레노이드 밸브를 제어하기 위해 드라이버 회로를 구축하는 방법을 배웁니다.
필요한 재료
- 솔레노이드 벨브
- 12V 어댑터
- 7805 레귤레이터 IC
- IRF540N MOSFET
- 다이오드 IN4007
- 0.1uf 용량
- 1k 및 10k 저항기
- 전선 연결
- 브레드 보드
솔레노이드는 무엇이며 어떻게 작동합니까?
솔레노이드는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환 하는 장치입니다. 전도성 물질 위에 코일이 감겨 있으며,이 설정은 전자석 역할을합니다. 천연 자석에 비해 전자석의 장점은 코일에 전원을 공급하여 필요할 때 켜거나 끌 수 있다는 것입니다. 따라서 코일에 전원이 공급되면 패러 데이즈 법칙에 따라 전류 전달 도체 주변에 자기장이 있습니다. 도체가 코일이기 때문에 자기장은 재료를 자화하고 선형 운동을 생성 할만큼 충분히 강합니다.
이 과정에서 코일은 많은 양의 전류를 소비하고 히스테리시스 문제를 일으키므로 논리 회로를 통해 솔레노이드 코일을 직접 구동 할 수 없습니다. 여기서는 액체의 흐름을 제어하는 데 일반적으로 사용되는 12V 솔레노이드 밸브를 사용합니다. 솔레노이드는 통전 될 때 700mA의 연속 전류와 거의 1.2A의 피크를 소모하므로이 특정 솔레노이드 밸브의 드라이버 회로를 설계 할 때 이러한 사항을 고려해야합니다.
회로도
솔레노이드 드라이버 회로 의 전체 회로도 가 아래 이미지에 나와 있습니다. 전체 회로를 살펴본 후 왜 그렇게 설계되었는지 이해할 것입니다.
보시다시피 회로는 매우 간단하고 구축하기 쉽기 때문에 작은 브레드 보드 연결을 사용하여 테스트 할 수 있습니다. 솔레노이드는 터미널에 12V 전원을 공급하여 간단하게 켜고 전원을 끄면 끌 수 있습니다. 디지털 회로를 사용하여이 켜기 및 끄기 프로세스를 제어하려면 MOSFET과 같은 스위칭 장치가 필요하므로이 회로에서 중요한 구성 요소입니다. 다음은 MOSFET을 선택할 때 확인해야하는 매개 변수입니다.
Gate Source Threshold Voltage V GS (th): MOSFET을 켜기 위해 공급해야하는 전압입니다. 여기서 임계 전압 값은 4V이고 MOSFET을 완전히 켤 수있을만큼 충분한 5V의 전압을 공급하고 있습니다.
연속 드레인 전류: 연속 드레인 전류는 회로를 통해 흐르도록 허용 할 수있는 최대 전류입니다. 여기서 솔레노이드는 1.2A의 최대 피크 전류를 소비하고 MOSFET의 정격은 5V Vgs에서 10A입니다. 따라서 우리는 MOSFET의 정격 전류보다 더 안전합니다. 실제 값과 전류의 정격 값 사이에 약간의 상한 차이를 갖는 것이 항상 권장됩니다.
드레인 소스 온 상태 저항: MOSFET이 완전히 켜졌을 때 드레인과 소스 핀 사이에 약간의 저항이있을 때이 저항을 온 상태 저항이라고합니다. 이 값은 가능한 한 낮아야합니다. 그렇지 않으면 핀 전체에 큰 전압 강하 (옴 법칙)가 발생하여 솔레노이드를 켤 수있는 전압이 충분하지 않습니다. 여기서 온 상태 저항 값은 0.077Ω에 불과합니다.
다른 솔레노이드 애플리케이션을위한 회로를 설계하는 경우 MOSFET의 데이터 시트를 볼 수 있습니다. 7805 선형 레귤레이터 IC는 12V 입력 전원을 5V로 변환하는 데 사용되며,이 전압은 1K 전류 제한 저항을 통해 스위치를 눌렀을 때 MOSFET의 게이트 핀에 제공됩니다. 스위치를 누르지 않으면 게이트 핀이 10k 저항을 통해 접지로 당겨집니다. 이렇게하면 스위치를 누르지 않을 때 MOSFET이 꺼진 상태로 유지됩니다. 마지막으로 다이오드가 역 평행 방향으로 추가되어 솔레노이드 코일이 전원 회로로 방전되는 것을 방지합니다.
솔레노이드 드라이버 회로의 작동
드라이버 회로가 어떻게 작동하는지 이해 했으므로 이제 브레드 보드에 회로를 구축하여 테스트 할 수 있습니다. 전원 공급 장치로 12V 어댑터를 사용했으며 하드웨어 설정이 완료되면 다음과 같이 보입니다.
그 사이의 스위치를 누르면 + 5V 전원이 MOSFET에 공급되고 솔레노이드가 켜집니다. 스위치를 다시 누르면 MOSFET에 대한 + 5V 공급이 차단되고 솔레노이드가 다시 꺼짐 상태로 돌아갑니다. 솔레노이드를 켜고 끄는 것은 딸깍하는 소리로 알 수 있지만 좀 더 흥미롭게 만들기 위해 솔레노이드 밸브를 수도관에 연결했습니다. 기본적으로 솔레노이드가 꺼져 있으면 값이 닫히므로 다른 쪽 끝으로 물이 나오지 않습니다. 그런 다음 솔레노이드를 켜면 값이 열리고 물이 흘러 나옵니다. 작업은 아래 비디오 에서 시각화 할 수 있습니다.
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