Circuit de commande de solénoïde

Les solénoïdes sont des actionneurs très couramment utilisés dans de nombreux systèmes d'automatisation de processus. Il existe de nombreux types de solénoïde, par exemple il existe des électrovannes qui peuvent être utilisées pour ouvrir ou fermer des conduites d'eau ou de gaz et il existe des plongeurs solénoïdes qui sont utilisés pour produire un mouvement linéaire. Une application très courante de solénoïde que la plupart d'entre nous auraient rencontrée est la sonnette de porte ding-dong. La sonnette de porte a une bobine de solénoïde de type plongeur à l'intérieur, qui, lorsqu'elle est alimentée par une source d'alimentation CA, déplace une petite tige de haut en bas. Cette tige frappera les plaques métalliques placées de chaque côté du solénoïde pour produire le son apaisant ding dong.

Bien qu'il existe de nombreux types de mécanismes solénoïdes disponibles, le plus élémentaire reste le même. Autrement dit, il a une bobine enroulée sur un matériau métallique (conducteur). Lorsque la bobine est sous tension, ce matériau conducteur est soumis à un mouvement mécanique qui est ensuite inversé par un ressort ou un autre mécanisme lorsqu'il est hors tension. Étant donné que le solénoïde implique une bobine, ils consomment souvent une grande quantité de courant, ce qui oblige à avoir un type de circuit d'attaque pour le faire fonctionner. Dans ce didacticiel, nous allons apprendre à créer un circuit de pilotage pour contrôler une électrovanne.

Matériaux nécessaires

• Électrovanne
• Adaptateur 12V
• 7805 Régulateur IC
• IRF540N MOSFET
• Diode IN4007
• 0,1 uf Capacieux
• Résistances 1k et 10k
• Fils de connexion
• Planche à pain

Qu'est-ce qu'un solénoïde et comment fonctionne-t-il?

Un solénoïde est un appareil qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Il a une bobine enroulée sur un matériau conducteur, cette configuration agit comme un électroaimant. L'avantage d'un électroaimant par rapport à l'aimant naturel est qu'il peut être activé ou désactivé en cas de besoin en alimentant la bobine. Ainsi, lorsque la bobine est excitée, selon la loi de loin, le conducteur porteur de courant a un champ magnétique autour de lui, puisque le conducteur est une bobine, le champ magnétique est suffisamment fort pour magnétiser le matériau et créer un mouvement linéaire.

Pendant ce processus, la bobine tire une grande quantité de courant et produit également un problème d'hystérésis, il n'est donc pas possible de piloter une bobine de solénoïde directement à travers un circuit logique. Ici, nous utilisons une électrovanne 12V qui est couramment utilisée pour contrôler le débit de liquides. Le solénoïde tire un courant continu de 700 mA lorsqu'il est sous tension et un pic de près de 1,2 A, nous devons donc tenir compte de ces éléments lors de la conception du circuit de commande pour cette électrovanne particulière.

Schéma

Le schéma de circuit complet du circuit de commande de solénoïde est illustré dans l'image ci-dessous. Nous comprendrons pourquoi il est conçu ainsi, une fois après avoir jeté un coup d'œil au circuit complet.

Comme vous pouvez le voir, le circuit est très simple et facile à construire, nous pouvons donc le tester à l'aide d'une petite connexion de carte d'expérimentation. Un solénoïde peut simplement être allumé en alimentant 12 V sur ses bornes et éteint en l'éteignant. Pour contrôler ce processus d'activation et de désactivation à l'aide d'un circuit numérique, nous avons besoin d'un dispositif de commutation comme le MOSFET et c'est donc le composant important de ce circuit. Voici les paramètres que vous devez vérifier lors de la sélection du MOSFET.

Tension de seuil de source de porte V _{GS (th)}: Il s'agit de la tension qui doit être fournie au MOSFET pour l'activer. Ici, la valeur de tension de seuil est de 4V et nous fournissons une tension de 5V qui est plus que suffisante pour allumer complètement le MOSFET

Courant de drain continu: Le courant de drain continu est le courant maximum qui peut être autorisé à circuler dans un circuit. Ici, notre solénoïde consomme un courant de crête maximum de 1,2 A et la valeur nominale de notre MOSFET est de 10 A à 5 V Vgs. Nous sommes donc plus que sûrs de la classification actuelle du MOSFET. Il est toujours recommandé d'avoir une différence marginale supérieure entre la valeur réelle et la valeur nominale du courant.

Résistance à l'état passant du drain-source: lorsque le MOSFET est complètement allumé, il a une certaine résistance entre la broche drain et source, cette résistance est appelée résistance d'état. La valeur de ceci doit être aussi faible que possible, sinon il y aura une énorme chute de tension (loi d'Ohm) sur les broches, ce qui entraînera une tension insuffisante pour que le solénoïde s'allume. La valeur de la résistance à l'état passant n'est ici que de 0,077 Ω.

Vous pouvez consulter la fiche technique de votre MOSFET si vous concevez le circuit pour une autre application solénoïde. Un circuit intégré de régulateur linéaire 7805 est utilisé pour convertir l'alimentation d'entrée 12 V en 5 V, cette tension est ensuite transmise à la broche Gate du MOSFET lorsque l'interrupteur est enfoncé à travers une résistance de limitation de courant 1K. Lorsque l'interrupteur n'est pas enfoncé, la broche de la porte est abaissée à la terre par une résistance de 10k. Cela maintient le MOSFET éteint lorsque l'interrupteur n'est pas enfoncé. Enfin, une diode est ajoutée dans le sens anti-parallèle pour empêcher la bobine de solénoïde de se décharger dans le circuit de puissance.

Fonctionnement du circuit de commande de solénoïde

Maintenant que nous avons compris le fonctionnement du circuit Driver, testons le circuit en le construisant sur une planche à pain. J'ai utilisé un adaptateur 12V pour l'alimentation et ma configuration matérielle ressemble à quelque chose comme ça une fois terminée.

Lorsque l'interrupteur entre les deux est enfoncé, l'alimentation + 5V est fournie au MOSFET et il allume le solénoïde. Lorsque le commutateur est à nouveau enfoncé, il déconnecte l'alimentation + 5V du MOSFET et le solénoïde revient à l'état désactivé. L'activation et la désactivation du solénoïde peuvent être remarquées par le son de cliquetis produit, mais pour le rendre un peu plus intéressant, j'ai connecté l'électrovanne à une conduite d'eau. Par défaut, lorsque le solénoïde est désactivé, la valeur est fermée et par conséquent aucune eau ne sort par l'autre extrémité. Ensuite, lorsque le solénoïde est activé, la valeur s'ouvre et l'eau s'écoule. Le travail peut être visualisé dans la vidéo ci-dessous.

J'espère que vous avez compris le projet et que vous avez apprécié sa construction, si vous avez rencontré un problème, n'hésitez pas à les publier dans la section commentaires ou à utiliser le forum pour obtenir de l'aide technique.