CN205622194U - 一种单通道直流电磁铁的保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单通道直流电磁铁的保护电路，包括：电磁铁驱动电路，分别连接开关保护电路、信号调理电路和微控制器，接收所述微控制器的驱动信号，驱动电磁铁EM工作；信号调理电路，连接微控制器，采集所述电磁铁驱动电路中的电压信号，并输出给所述微控制器；开关电路，连接微控制器，在微控制器的控制下，接通或断开电磁铁EM的供电开关；微控制器，发送PWM驱动信号到电磁铁驱动电路，接收信号调理电路发送的电压信号，发出开关控制信号到所述开关电路；本实用新型可以在故障发生后第一时间迅速检测到故障类型，在电磁铁EM过热之前及时切断供电，保护用电设备的安全，避免出现财产损失和人员伤亡的事故。
Description
技术领域
本实用新型涉及电磁铁电路领域，尤其涉及一种单通道直流电磁铁的保护电路。
背景技术
直流电磁铁结构简单，使用一个开关元件即可实现点动式控制，因此在家电及工业设备中得到广泛使用。由于电磁铁通电工作时发热明显，一旦开关元件损坏导致无法关断供电就可能造成电磁铁过热烧毁的后果，严重时甚至可能导致火灾。除此之外，电磁铁在使用中也会遇到接触不良、开关元件开路损坏等故障，虽不会造成灾难性后果，但影响设备正常工作，而且不易快速诊断。
依赖现有技术设计的电磁铁驱动电路在使用过程中一旦出现故障，存在故障扩大的风险。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种单通道直流电磁铁的保护电路，在电路出现开关管短路、开关管开路和电磁铁开路时，电路自动断电，便于及时维护，避免出现财产损失和人员伤亡的事故。
本实用新型的一个技术方案是一种单通道直流电磁铁的保护电路，包括：
电磁铁驱动电路，分别连接开关保护电路、信号调理电路和微控制器，接收所述微控制器的驱动信号，驱动电磁铁EM工作；
信号调理电路，连接微控制器，采集所述电磁铁驱动电路中的电压信号，并输出给所述微控制器；
开关电路，连接微控制器，在微控制器的控制下，导通或断开电磁铁EM的供电开关；
微控制器，发送PWM驱动信号到电磁铁驱动电路，接收信号调理电路发送的电压信号，发出开关控制信号到所述开关电路；
其中，所述电磁铁驱动电路包括：
电磁铁EM，连接开关电路和开关管Q1的漏极；
续流二极管D1，与所述电磁铁EM并联，阳极连接开关电路，阴极连接信号调理电路；
开关管Q1，源极接地，漏极连接电磁铁EM的输出端，栅极连接电阻R1的输出端；
电阻R1，连接所述微控制器和开关管Q1的栅极；
电阻R2，连接开关管Q1的栅极和源极。
进一步地，信号调理电路包括：
稳压二极管DZ，连接限流电阻R7的输出端和地，稳压二极管DZ的击穿电压为3.1V；
限流电阻R7，输入端连接开关管Q1的漏极与电磁铁EM之间的公共端，该公共端为电压采样点；
电阻R8，连接限流电阻R7的输出端和微控制器；
电阻R9连接电阻R7的输入端和地。
进一步地，开关电路包括：
开关管Q2，漏极连接续流二极管D1的输入端，源极连接24V电源，栅极连接电阻R4的输入端；
电阻R3，连接开关管Q2的源极和栅极；
电阻R4，输入端连接开关管Q3的漏极；
开关管Q3，源极接地，栅极连接电阻R5的输出端；
电阻R5，输入端连接微控制器；
电阻R6，连接开关管Q3的源极和栅极。
进一步地，微控制器包括：
核心模块，分别连接定时器、模数转换器和微控制器的通用IO引脚，通过通用IO引脚向开关电路发送开关控制信号；
定时器，连接微控制器的PWM引脚；以及
模数转换器，连接微控制器的ADC引脚。
进一步地，定时器包括比较输出逻辑单元和同步控制逻辑单元，所述比较输出逻辑单元通过微控制器的PWM引脚向电磁铁驱动电路发送PWM驱动信号；模数转换器包括同步受控逻辑单元和采集电路，所述同步控制逻辑单元控制同步受控逻辑单元，使定时器和模数转换器同步工作，所述采集电路连接微控制器的ADC引脚，接收来自信号调理电路的电压信号。
进一步地，开关管Q1为N沟道场效应管；开关管Q2为P沟道场效应管；开关管Q3为N沟道场效应管。
有益效果：本实用新型可以在故障发生后第一时间迅速检测到故障类型，在电磁铁EM过热之前及时切断供电，保护用电设备的安全，有效防止故障扩散, 避免出现财产损失和人员伤亡的事故。随后设备可以通过声、光等方式提醒用户及时送修，检测结果能够以故障代码的形式存储在设备中，方便检修人员快速、准确定位故障点，提高维修效率。
附图说明
图1是单通道直流电磁铁的保护电路的电路图。
图2是微控制器的内部结构图。
图3是电磁铁驱动电路无故障状态下微控制器的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。
图4是场效应管短路状态下微控制器的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。
图5是电磁铁开路状态下微控制器的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。
图6是场效应管开路状态下微控制器的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。
图中标记：1-电磁铁驱动电路；2-信号调理电路；3-开关电路；4-微控制器；5-核心模块；6-定时器；7-模数转换器。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明：
结合图1，图1是单通道直流电磁铁的保护电路的电路图。一种单通道直流电磁铁的保护电路，包括：
电磁铁驱动电路1，分别连接开关保护电路、信号调理电路2和微控制器4，接收所述微控制器4的驱动信号，驱动电磁铁EM工作；
信号调理电路2，连接微控制器4，采集所述电磁铁驱动电路1中的电压信号，并输出给所述微控制器4；
开关电路3，连接微控制器4，在微控制器4的控制下，导通或断开电磁铁EM的供电开关；
微控制器4，发送PWM驱动信号到电磁铁驱动电路1，接收信号调理电路2发送的电压信号，发出开关控制信号到所述开关电路3；
其中，所述电磁铁驱动电路1包括：
电磁铁EM，连接开关电路3和开关管Q1的漏极；
续流二极管D1，与所述电磁铁EM并联，阳极连接开关电路3，阴极连接信号调理电路2；
开关管Q1，源极接地，漏极连接电磁铁EM的输出端，栅极连接电阻R1的输出端；
电阻R1，连接所述微控制器4和开关管Q1的栅极；
电阻R2，连接开关管Q1的栅极和源极。
优选地，电磁铁EM上安装有温度传感器，该温度传感器连接报警器。
优选地，电磁铁EM的动铁执行机构上安装有机械行程开关，该机械行程开关连接微控制器4。
所述信号调理电路2包括：
稳压二极管DZ，连接限流电阻R7的输出端和地，稳压二极管DZ的击穿电压为3.1V；
限流电阻R7，输入端连接开关管Q1的漏极与电磁铁EM之间的公共端，该公共端为电压采样点；
电阻R8，连接限流电阻R7的输出端和微控制器4；
电阻R9连接电阻R7的输入端和地。
所述开关电路3包括：
开关管Q2，漏极连接续流二极管D1的输入端，源极连接24V电源，栅极连接电阻R4的输入端；
电阻R3，连接开关管Q2的源极和栅极；
电阻R4，输入端连接开关管Q3的漏极；
开关管Q3，源极接地，栅极连接电阻R5的输出端；
电阻R5，输入端连接微控制器4；
电阻R6，连接开关管Q3的源极和栅极。
所述开关管Q1为N沟道场效应管；开关管Q2为P沟道场效应管；开关管Q3为N沟道场效应管。
电阻R3是开关管Q2的上拉电阻，使开关管Q2默认处在关断的状态。当微控制器4输出的开关控制信号为低电平的时候，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。当微控制器4故障开关控制信号为高电平的时候，小信号N沟道场效应管Q3导通，P沟道场效应管Q2栅极电压被拉低，因此P沟道场效应管Q2也导通，电磁铁驱动电路1恢复正常工作状态。这里N沟道场效应管Q3起到电平匹配的作用。
结合图2，图2是微控制器的内部结构图。微控制器4包括：
核心模块5，分别连接定时器6、模数转换器7和微控制器4的通用IO引脚，通过通用IO引脚向开关电路3发送开关控制信号；
定时器6，连接微控制器4的PWM引脚；以及
模数转换器7，连接微控制器4的ADC引脚。
PWM引脚连接电磁铁驱动电路1中的R1，通用IO引脚连接开关电路3中的电阻R5,ADC引脚连接R8。
所述定时器6包括比较输出逻辑单元和同步控制逻辑单元，所述比较输出逻辑单元通过微控制器4的PWM引脚向电磁铁驱动电路1发送PWM驱动信号；模数转换器7包括同步受控逻辑单元和采集电路，所述同步控制逻辑单元控制同步受控逻辑单元，使定时器6和模数转换器7同步工作，所述采集电路连接微控制器4的ADC引脚，接收来自信号调理电路2的电压信号。
PWM驱动信号来自微控制器4内部的定时器6模块。此定时器6具备比较输出模式和同步控制逻辑。比较输出模式允许用户改变PWM输出信号的占空比，定时器6的同步控制逻辑则允许其它模块与PWM信号同步工作。模数转换器7从ADC引脚采集电压信号。
微控制器4将PWM驱动信号发送到开关管Q1中，电磁铁驱动电路1正常工作，电磁铁的供电电压为24V，调理电路从开关管Q1的漏极与电磁铁EM之间的公共端采集电压，当电压高于3.1V时，微控制器4中接收到的电压信号为3.1V，当采样点的电压低于3.1V时，微控制器4中接收到的电压信号为实际电压。当微控制器4的PWM引脚输出低电平时，如果ADC引脚采集到的电压小于0.3V，那么电磁铁驱动电路1出现了故障，电磁铁EM开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。当微控制器4的PWM引脚输出低电平时，如果ADC引脚采集到的电压在0.7V～1.5V之间，那么电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。当微控制器4的PWM引脚输出高电平时，如果ADC引脚在电磁铁驱动电路1导通的7秒内采集到的电压信号大于2.9V，那么电磁铁驱动电路1出现了故障，此时开关管Q1开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3和图4，图3是电磁铁驱动电路无故障状态下微控制器的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。图4是场效应管短路状态下微控制器的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。从两幅图的对比可以看出，PWM驱动信号为低电平时，正常情况下，检测到的电压值在3.1V以上，而图4中在0.5V以下，此时检测电阻R8，检测到的电压值小于3.1V，且电压值为0.7V，此时，那么电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3,在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为0.8V, 此时电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为0.9V, 此时电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3,在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为1V, 此时电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为1.2V, 此时电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为1.3V, 此时电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为1.5V, 此时电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1短路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3和图5，图3是电磁铁驱动电路1无故障状态下微控制器4的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图，图5是电磁铁开路状态下微控制器4的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。从两幅图的对比可以看出，PWM驱动信号为低电平时，正常情况下，检测到的电压值在3.1V以上，而图5中在0.3V以下，此时检测电阻R8，检测到的电压值为0.25V，此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，电磁铁EM开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为0.2V, 此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，电磁铁EM开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为低电平时，检测到电阻R8的电压为0.1V, 此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，电磁铁EM开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3和图6，图3是电磁铁驱动电路1无故障状态下微控制器4的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图，图6是场效应管开路状态下微控制器4的PWM驱动输出和故障检测输入波形对比图。从两幅图的对比可以看出，PWM驱动信号为高电平时，正常情况下，检测到的电压值在0.5V以下，而图6中接近3V，此时检测电阻R8，检测到的电压值为3V，此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为高电平时，检测到电阻R8的电压为3.1V, 此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为高电平时，检测到电阻R8的电压为3.2V, 此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
结合图3，在另一个实施例中，PWM驱动信号为高电平时，检测到电阻R8的电压为3.3V, 此时，电磁铁驱动电路1出现了故障，场效应管Q1开路，开关管Q3与开关管Q2均关断，电磁铁EM失去能量，进入保护状态。
本实用新型可以在故障发生后第一时间迅速检测到故障类型，在电磁铁EM过热之前及时切断供电，保护用电设备的安全，有效防止故障扩散, 避免出现财产损失和人员伤亡的事故。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种单通道直流电磁铁的保护电路，其特征在于，包括：
电磁铁驱动电路，分别连接开关保护电路、信号调理电路和微控制器，接收所述微控制器的驱动信号，驱动电磁铁EM工作；
信号调理电路，连接微控制器，采集所述电磁铁驱动电路中的电压信号，并输出给所述微控制器；
开关电路，连接微控制器，在微控制器的控制下，导通或断开电磁铁EM的供电开关；
微控制器，发送PWM驱动信号到电磁铁驱动电路，接收信号调理电路发送的电压信号，发出开关控制信号到所述开关电路；
其中，所述电磁铁驱动电路包括：
电磁铁EM，连接开关电路和开关管Q1的漏极；
续流二极管D1，与所述电磁铁EM并联，阳极连接开关电路，阴极连接信号调理电路；
开关管Q1，源极接地，漏极连接电磁铁EM的输出端，栅极连接电阻R1的输出端；
电阻R1，连接所述微控制器和开关管Q1的栅极；
电阻R2，连接开关管Q1的栅极和源极。
2.根据权利要求1所述的单通道直流电磁铁的保护电路，其特征在于，信号调理电路包括：
稳压二极管DZ，连接限流电阻R7的输出端和地；
限流电阻R7，输入端连接开关管Q1的漏极与电磁铁EM之间的公共端，该公共端为电压采样点；
电阻R8，连接限流电阻R7的输出端和微控制器；
电阻R9连接电阻R7的输入端和地。
3.根据权利要求2所述的单通道直流电磁铁的保护电路，其特征在于，开关电路包括：
开关管Q2，漏极连接续流二极管D1的输入端，源极连接24V电源，栅极连接电阻R4的输入端；
电阻R3，连接开关管Q2的源极和栅极；
电阻R4，输入端连接开关管Q3的漏极；
开关管Q3，源极接地，栅极连接电阻R5的输出端；
电阻R5，输入端连接微控制器；
电阻R6，连接开关管Q3的源极和栅极。
4.根据权利要求3所述的单通道直流电磁铁的保护电路，其特征在于，微控制器包括：
核心模块，分别连接定时器、模数转换器和微控制器的通用IO引脚，通过通用IO引脚向开关电路发送开关控制信号；
定时器，连接微控制器的PWM引脚；以及
模数转换器，连接微控制器的ADC引脚。
5.根据权利要求4所述的单通道直流电磁铁的保护电路，其特征在于：定时器包括比较输出逻辑单元和同步控制逻辑单元，所述比较输出逻辑单元通过微控制器的PWM引脚向电磁铁驱动电路发送PWM驱动信号；模数转换器包括同步受控逻辑单元和采集电路，所述同步控制逻辑单元控制同步受控逻辑单元，所述采集电路连接微控制器的ADC引脚，接收来自信号调理电路的电压信号。
6.根据权利要求5所述的单通道直流电磁铁的保护电路，其特征在于：开关管Q1为N沟道场效应管；开关管Q2为P沟道场效应管；开关管Q3为N沟道场效应管。
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| CN201620403448.2U CN205622194U (zh) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | 一种单通道直流电磁铁的保护电路 |
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| CN205622194U true CN205622194U (zh) | 2016-10-05 |
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| CN201620403448.2U Withdrawn - After Issue CN205622194U (zh) | 2016-05-06 | 2016-05-06 | 一种单通道直流电磁铁的保护电路 |
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| CN (1) | CN205622194U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105762755A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-07-13 | 深圳市君航智远科技有限公司 | 一种单通道直流电磁铁的保护电路及控制方法 |
| CN110676010A (zh) * | 2019-10-18 | 2020-01-10 | 江麓机电集团有限公司 | 一种用于自动装填机的闭锁电磁铁 |
| CN113030673A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-06-25 | 中科新松有限公司 | 电磁铁控制电路及其检测方法 |
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