芯耀
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電磁鐵驅(qū)動(dòng)
電磁鐵對(duì)外產(chǎn)生的磁場(chǎng)與流過的電流之間，在電磁鐵沒有飽和之前大體呈現(xiàn)線性關(guān)系。如果忽略磁滯、磁飽和等非線性的特點(diǎn)，可以通過控制流經(jīng)電磁鐵的電流來控制它的電磁吸引力。
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▲ 使用晶體管驅(qū)動(dòng)電磁鐵示意圖 ?
本文通過理論分析和實(shí)驗(yàn)來研究，在單管驅(qū)動(dòng)電磁鐵的情況下：
通過這些分析，為后面使用電磁鐵做控制建立下很好的數(shù)學(xué)關(guān)系和電路設(shè)計(jì)參數(shù)。
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01 實(shí)驗(yàn)研究
先通過實(shí)驗(yàn)研究，獲得在一般情況下單管晶體管驅(qū)動(dòng)電磁鐵的占空比與流經(jīng)電流之間的關(guān)系，然后在后面進(jìn)行理論分析。
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在實(shí)驗(yàn)中，使用?線性霍爾[1]?器件來測(cè)量電磁鐵的鐵芯磁場(chǎng)來間接反映電流的大小。
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1. 實(shí)驗(yàn)中的元器件
(1) 功率晶體管
使用在?磁懸浮地球儀拆解[2]?中拆卸下的中功率 NPN 晶體管?D882?作為實(shí)驗(yàn)中的三極管。
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▲ D882 中功率 NPN 三極管的主要參數(shù) ?
(2) 續(xù)流二極管
使用?20ETF06S[3]?作為電路中的續(xù)流二極管。
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▲ 快速恢復(fù)二極管 20ETF06S ?
使用萬用表測(cè)量 20ETF06S 的二極管前向?qū)妷簽椋?.351V。
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▲ 電路中的兩個(gè)半導(dǎo)體器件 | D882 , 20ETF06S ?
(3) 線性 HALL
使用?線性 HALL 3503[4]?測(cè)量電磁鐵的磁芯磁場(chǎng)。
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(4) 單片機(jī)板
使用 ?集成兩路 MAX1169 的 STC8G1K08 模塊，帶有兩路 PWM 輸出[5]?中的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K所產(chǎn)生的 PWM 以及 16-bitAD 轉(zhuǎn)換器來測(cè)量 HALL 的輸出。
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(5) 電磁鐵
使用所使用的電磁鐵包括以下幾種。
- 在?磁懸浮地球儀拆解[2]?中的電磁鐵和 HALL 框架；
- 在 ?使用 STC8H1K28 控制微型磁懸浮[6]?中的繼電器的磁鐵；
- 使用一款在 TB 購買的?電磁鐵[7]?作為測(cè)量對(duì)象。
▲ 購買到的電磁鐵 ?
- 基本參數(shù)：??電阻 R=16Ω；電感（1kHz）L=13.37mH。
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2. 實(shí)驗(yàn)電路
使用?低價(jià)電阻箱 - 阻值測(cè)試[8]?作為 R1，用于動(dòng)態(tài)調(diào)整 R1。在面包板上將實(shí)驗(yàn)電路搭建起來。
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▲ 實(shí)驗(yàn)電路 ?
選擇 VCC 為 12V 電壓。測(cè)量單片機(jī)發(fā)送的 PWM 波形以及 T1 集電極電壓波形如下，大體驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)電路工作正常。
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▲ 單片機(jī)發(fā)送的 PWM 波形以及 T1 集電極電壓波形
3. 測(cè)試數(shù)據(jù)
(1) 測(cè)試購買的電磁鐵
設(shè)置 R1= 0 歐姆：
▲ HALL 輸出與 PWM 設(shè)置之間的關(guān)系
R1=10 歐姆
▲ HALL 輸出與 PWM 設(shè)置之間的關(guān)系
設(shè)置 R= 100 歐姆
▲ HALL 輸出與 PWM 設(shè)置之間的關(guān)系 ?
▲ 不同的 R1 對(duì)應(yīng)的 PWM 與 HALL 取值之間的曲線 ? 1. 分析假設(shè) 由于電路存在著很多非線性環(huán)節(jié)，它的分析根據(jù)電路不同的工作狀態(tài)，所得到的結(jié)果也各有變化。下面先就一種比較簡(jiǎn)單的情況進(jìn)行分析： ?
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? 2. 電流變化以及平均值 根據(jù)前面的假設(shè)，電流的變化曲線如下圖所示。 ?
▲ 電感中的電流變化曲線 (1) 計(jì)算穩(wěn)態(tài)下電流波動(dòng)的峰值: ?
? 平均電流： ?
如果反饋續(xù)流電阻 R1= 0，那么施加在的電感上的電壓平均值就與占空比成正比，流經(jīng)的電流與占空比之間就是線性關(guān)系。 ? 3. 數(shù)值仿真結(jié)果 根據(jù)前面實(shí)驗(yàn)中的條件，確定比較符合實(shí)際實(shí)驗(yàn)的一些參數(shù)：
?▲ 對(duì)于不同的 R1 得到的占空比與電流之間的關(guān)系
▲ 一種簡(jiǎn)易的磁懸浮小玩意兒 ?
?02 理論分析
結(jié)論
參考資料
[2]磁懸浮地球儀拆解:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107389196
[3]20ETF06S:?https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/99296/IRF/20ETF06S.html
[4]線性 HALL 3503:?https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/55096/ALLEGRO/3503.html
[5]集成兩路 MAX1169 的 STC8G1K08 模塊，帶有兩路 PWM 出:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107532306
[6]使用 STC8H1K28 控制微型磁懸浮:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107226078
[7]電磁鐵:?https://detail.tmall.com/item.htm?id=600997611114&spm=a1z09.2.0.0.34ba2e8dqvkxlu&_u=nnvskcdb822
[8]低價(jià)電阻箱 - 阻值測(cè)試:?https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/107112157
