基于L9352B的电磁阀控制电路设计与实现

朱献晶

南京舒普思达医疗设备有限公司（江苏 南京 211505）

0 引言

传统电磁阀控制电路的工作原理是通过集成的二极管控制一些大型工业设备，但是二极管的功能具有局限性，只能控制一些小型低配的工业设备，一定程度上限制了工业效益的最大化。而且，此控制电磁阀的方法成本高，需要大量的能源为基础[1]。为此，文章通过设计电磁阀的驱动芯片、控制器和控制电路，完成了基于L9352B的电磁阀控制电路的设计，拓宽了工业领域的发展。

1 基于L9352B的电磁阀控制电路设计

1.1 L9352B集成芯片的特性

L9352B作为目前最新研究生产的驱动芯片，主要面向的对象是电磁阀、磁铁等构建而成的特殊工业设备。集成驱动芯片的核心是将设备驱动功能和设备运行监测功能集成在同一个驱动芯片内，达到了调用工业设备负载强度的目的，并且驱动芯片的应用领域也拓宽为任何比例的电磁阀。L9352B集成芯片还具有设备短路保护、过温关闭功能可选、开路负载监测、调节器误差监测、静电监测、调节电磁阀的负载能力等功能。L9352B集成芯片的工作电流为5 mA，集成驱动芯片的运行状态分为监测状态和后台待机状态。集成驱动芯片不同状态下消耗的电能不同，这就降低了工业设备的能耗。

为达到设计目的，L9352B集成芯片特意在电磁阀控制电路中的并联节点串联了一个端口监测器，并将各个检测器的结果实时发送到芯片中，然后由芯片进行处理。集成驱动芯片最突出的特点是可以和电磁阀控制电路的功能相匹配，对于电磁阀控制电路的电流和电阻值，芯片通过信号控制可以改变电流的输入与输出值，满足文章的设计理念。驱动芯片需要0.2 Ω阻值的电阻就可以完成驱动，节省了驱动资源，提高了芯片的工作效率[2-3]。

1.2 控制器STM32F103ZET6

为了实现电磁阀控制电路控制性能的最优化，文章选择STM32F103ZET6型号的控制器。该控制器是由Codex-M3框架进行优化的半导体式32位闪存微处理器，优化框架的主要目的是提高控制器的控制灵敏性以及降低工作功耗。STM32F103ZET6控制器的内核电压为2 V，芯片电压为3 V，运行状态分为待机模式和工作模式，这样可以延长控制器的使用周期，提高控制器的使用效率。另外，控制器的内部工作频率为72 MHz，运行速度快，控制器通过各个小型通信接口，可以同时实现控制电磁阀的多条电路和通信信号操作，因此STM-32F103ZET6控制器适合工作在控制领域[4]。

1.3 电磁阀控制软件设计

为实现L9352B型号电磁阀控制电路控制性能的最优化，需要设计控制软件，负责控制调用控制器、驱动芯片等设备。文章设计的电磁阀控制软件系统，其主要工作调用通过C语言实现，工作环境为RealView MDK-ARMVersion4.12，控制软件编写的所有编程命令都统一在软件系统的执行区域执行，方便命令的存储。电磁阀控制软件的主要功能是通过自上而下的工作模式实现电磁阀电路的控制和安全监测。电磁阀开关开启后，控制软件立即启动，对电磁阀的控制电路进行电路安全检测和功能初始化，检测电路是否存在故障，如果存在故障，则需要向电磁阀中心发出命令，请求修复；如果软件系统对电磁阀控制电路的预处理没有问题，则开启一周期的电路控制工作。

1.4 电磁阀控制电路设计

电磁阀的功能由电路控制，文章设计的控制电路主要包括隔离电路、驱动电路、信号产生电路三部分，3个整体电路的分布为隔离电路在驱动电路和信号电路的中间。由于驱动电路和信号产生电路的工作电压分别为3 V和4 V，隔离电路的工作电压为3～6 V，若驱动电路和信号产生电路相连就会造成电路短路，因此需要隔离电路进行分压[5]。电磁阀隔离电路的每个支路引脚由灵敏触发器构成，具有高电平性能，可分流电磁阀的输入输出电压，稳定控制电路的运行。驱动电路设置4个独立串联的支路，分别用以传输电磁阀控制数据和命令数据，每个串联的控制电路通过电磁阀的ARM架构将电路数据转化为信号的格式输出传给L9352B电磁阀，然后控制命令通过电磁阀的驱动电路通过ARM架构传给电路，发出控制。信号产生电路的工作是识别和转换电磁阀发出的控制信号，信号转发过程中带有电路保护，一旦出现电路短路，电磁阀立刻将负载电压调节到25 V，强推关闭电磁阀，避免安全事故的发生。控制电路图如图1所示。

图1 控制电路图

电磁阀控制电路的工作过程：首先将控制电路接入稳定的电源中，各个电路进行基础运行驱动，控制电路自动获取电磁阀的输出功率和信号输出端的电压范围，将电磁阀的各个引脚与控制电路的各个引脚相连接，平衡隔离电路、驱动电路和信号产生电路的电平值，形成一个闭合的环路；然后启动芯片、控制器和电磁阀软件控制系统；最后根据电磁阀设备的实时需要，发出电流、电压的调节命令，控制电路接收命令，进行调节控制。

综上所述，L9352B电磁阀控制电路的3个支路电路相互配合，传输命令，执行控制，完成电磁阀内电流、电压的调节，保证电磁阀工作的稳定性[6]。

2 基于L9352B的电磁阀控制电路测试

通过以上对L9352B型号的电磁阀控制电路的驱动芯片、控制器、控制软件和控制电路的研究分析，文章设计出一个新型的L9352B的电磁阀控制电路，为验证该电磁阀控制电路的控制性能，需要测试控制电路。即选择两个相同型号的电磁阀，分别将电磁阀设备连接到文章研究的控制电路和传统的控制电路中，另一边连接计算机，用于记录电磁阀控制电路的工作数据和检测电路安全状态，避免出现电路事故，保证设备和工作人员的安全。设计控制两个电磁阀工作电路的电流值由3 A降至2 A和电路各个支路的电阻值由0.2 Ω提高到0.4 Ω两个任务，并且在电磁阀设备中设计一个电压故障，通过观察两个电磁阀控制电路的控制效果，分析电磁阀控制电路的性能。

工作人员对两种控制电路预处理后，开启电源，立即向两个电磁阀控制电路输入任务命令。工作人员在控制电路运行期间实时观察计算机的电路安全监测情况，同时等待电磁阀控制电路的任务输出结果，一旦出现意外，立即关闭电源停止操作。最终测试电磁阀控制电路的任务执行结果为文章研究的基于L9352B型号的电磁阀控制电路的任务执行时间为5 min，其中解决设置的电路故障为2 min；而传统的电磁阀控制电路的任务执行时间为10 min，解决设置的电路故障时间为5 min。而且，基于L9352B型号的电磁阀控制电路对电磁阀电流和电阻值的调节控制效果好，过程中没有出现短路故障，而传统的控制电路在任务执行时出现一次3 s的短路情况，降低了电磁阀设备的工作周期。综合上述测试数据，基于L9352B的电磁阀控制电路的控制效果优于传统的电磁阀控制电路，具有可行性。

形成该结果的关键是基于L9352B的电磁阀控制电路在对电磁阀控制电路初始化时，电路的工作频率低于正常的电路。以此参数作为故障诊断的切入点，查看控制电路的时钟信号和有效负载电流，发现其中电磁阀控制电路的时钟信号出现区域性丢失。因为电路的工作电压情况由时钟信号反映，则可以快速检测出电磁阀控制电路的电压短路故障，并快速调节电路电压值以解决问题，完成对电路电流和电阻的控制调节任务。

3 结束语

文章通过研究电磁阀的控制器、驱动芯片、电路基本组成和控制思想，设计了一个新型的基于L9352B电磁阀控制电路，旨在实现工业设备的高效利用。为了验证该电磁阀控制电路的性能，文章进行了试验测试。经过试验证明，基于L9352B电磁阀控制电路可以实时调控电磁阀控制电路的电流、电压等参数值，具有可行性和实用价值。