【成功案例】基于新电元MOSFET管实现对电磁阀控制的设计方案

时间： 2016-12-02 来源：世强

技术问答

在目前的流体动力控制领域，电磁阀的应用越来越广泛，这种阀门对油液环境的要求较低，且结构简单，可以适应较多工况，极大降低了电液控制设备的成本。电磁阀门通断和极性反转的应用离不开开关电压的控制，本文通过应用新电元公司的MOSFET管搭建电路完成对大功率应用控制。

Mosfet管特点和选型要求
场效应管是目前新一代放大元件，功率MOSFET场效应管具有负的电流温度系数，可以避免它工作的热不稳定性和二次击穿，适合于大功率和大电流工作条件下的应用。

在应用表现上，功率MOSFET场效应管的输入阻抗高，可达到几十兆欧以上，且工作频率范围宽，开关速度快、损耗小，可以多个并联使用。这些特点都决定了其满足电磁阀门控制的精度要求，通过高速电力电子原件的引入可以完美实现大功率高精度的目标，同时电路部分也做到较小的开关功率损耗。

在工程应用中，我们需要控制电磁阀让流体快速的转换流动方向，并能够为这种迅速转换提供大功率，通过对比多个厂家MOSFET管参数，结合实际应用要求，最后选用了新电元公司的电力MOSFET管。因为我们对比同封装同级别的MOSFET管发现，新电元公司的MOSFET管在漏极通流能力和输入容抗方面表现优秀。其输入电容仅为1960pF，而输出电容更达到了240pF，能够快速实现管子的开通关断功能。更重要的是，电磁阀驱动具有液压控制需要约12A的通流能力，这些性能该MOSFET管都能轻松实现。按照双倍冗余的设计原则，选择具有34A通流能力的管子能够很好地满足电流需求。同时由于定制散热片的安装要求选用了TO-220封装，尺寸较大，能够提高散热性能，热阻为3.55℃/W，通过后期对散热效果的计算，满足运行环境温度要求。而且该封装能够满足安装要求，因此选用了P34F6EL型号MOSFET管用于产品设计。

电路结构和相关热设计
在本次电路设计中使用了如下图1的电路结构，使用一个可调电压源模拟PWM波形发生电路，以及使用图中R17和L1串联模拟电磁阀线圈。图中的MOSFET管P34F6EL同时保持开通关断状态。当P34F6EL导通时，对线圈感性部分L1充电；当P34F6EL关断时，通过肖特基二极管SD1和SD2串联而成的环路进行放电，通过PWM占空比可以调控充放电过程时间，从而控制电路经过启动状态后的稳态波形和电流流量。

图1：电路结构

在MOSFET管P34F6EL的应用当中，热量由结点传导经过半导体材料，再管壳表面被辐射到周围空气中。管壳附近空气受热导致周围气体的流动，从而发生对流冷却。因此选用小余该热阻的铝散热片。另由于本次设计使用了三片，因此选用三倍于单独大小的散热片。

图2：Mosfet管的散热设计

电路仿真结果

通过对图1电路中进行仿真，对电路施加频率为2K的控制波形，占空比为80%的方波，可得到如下结果（图中信号标号位置可参见图1）。

图3：电流波形

图4：电压波形

通过观测最后实验波形可以发现，最后线圈波形VM8能够完美同步模拟源VG1发出波形，同时线圈电流AM1也能够从启动状态进入稳定状态，调整PWM占空比能够自如控制线圈电流。

总结
通过后期电磁阀控制实验和全范围工作温度实验证明，此次电路设计稳定控制阀门开关和阀芯位置，实现了设计目的。因此我们不难发现，在MOSFET场效应管的应用中电路设计往往都比较简单方便，可快捷搭建出所需应用电路，同时结合其高速开关频率和低容抗的特性实现在该环境应用中阀门精度的要求。

另外，通过较多筛选出的新电元这款MOSFET管P34F6EL的确在这方面有着较强的优势，能够很好地满足我们对功能的要求。并且通过实验结果来看在良好的设计保障下，该MOSFET管能够发挥出其稳定卓越的产品功能。目前，在已投运营的产品中没有反馈任何质量问题，由此可见其能够满足我们在大型设备中对稳定性的要求。

作者：春天里的远征

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aniu Lv7. 资深专家 2019-06-12

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