分步直动式电磁阀原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点在于能在零压差或真空、高压时正常工作，但功率较大，要求必须水平安装。

先导式电磁阀原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点在于流体压力范围上限较高，可任意安装但必须满足流体压差条件。

另外电磁阀根据不同的分类标准也能被分为很多类。电磁阀从阀结构和材料上的不同与原理上的区别，可分为六个分支小类：直动膜片结构、分步直动膜片结构、先导膜片结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构。电磁阀按照功能分类：水用电磁阀、蒸汽电磁阀、制冷电磁阀、低温电磁阀、燃气电磁阀、消防电磁阀、氨用电磁阀、气体电磁阀、液体电磁阀、微型电磁阀、脉冲电磁阀、液压电磁阀常开电磁阀、油用电磁阀、直流电磁阀、高压电磁阀、防爆电磁阀等等。

二：电磁铁概述

电磁铁是铁芯和线圈的组合体，线圈缠绕在铁芯上，它的主要功能就是通电后产生电磁力，在电磁阀中作为一个核心的驱动部件。线圈通电时，会产生磁场，磁场会将铁芯磁化，使其变成一个磁体，就能够吸引同样具有磁性的物体或者铁制品。单一线圈所能产生的磁场较小，但和磁化后的铁芯一起叠加而成的新的磁场就会大很大，就能有足够大的电磁力来吸引衔铁。在电磁铁材料的选择上需要考虑在线圈断电后，能否够快速消磁，防止对下一个执行动作产生阻碍。

电磁铁为了能在断电后立即消磁，材料上就需要有所选择。一般会使用软铁或硅钢材料来制作。为了有较高的电磁力和响应速度，在铁芯材料的选择上还有以下一些要求：

初磁导率和最大磁导率高，为的是有较高的电磁转换效率；饱和磁感应强度大，为的是有较高的能量密度，缩减电磁铁体积；矫顽力和剩磁小，为的是加速铁芯磁能在断电时的释放；电阻率高，为的是降低铁芯涡流电流从而减少发热。居里温度高，即有较高的工作温度范围，适用范围越广越好。此外还要兼顾制造成本，考虑经济性要求。较为常用的软磁材料有：纯铁DT4C、低碳钢10号钢、铁镍合金1J50、铁铝合金1J6、铁钴合金1J22等等。其中纯铁DT4C较为常用，加工和热处理简单，成本相对较低，且饱和磁感应强度高，磁导率高，矫顽力低，但电阻低，适用于直流或低频率交流电磁阀。

电磁铁除了按结构形式分也可以按照工作时的通电类型，分为交流电磁铁和直流电磁铁，两者结构上基本一样。顾名思义，交流电磁铁通的是交流电，直流电磁铁通的是直流电。在通交流电时，交变电场产生交变磁场，磁通量随时间不断变化，会产生涡流损耗和磁滞损耗，因此效率低，发热严重，在工作中还会产生工频震动和噪声，寿命较低。在通直流电时，直流电的电流恒定，所产生的磁场以及电磁力也是稳定的，基本没有噪音，寿命较长。

三：PWM技术概述

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

如果把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于 π/n ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。

利用PWM技术可以根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。

具体实施案例

以下是将PWM技术应用到电磁阀的具体实例。

电磁阀的驱动过程为：线圈通电使电磁铁磁化产生电磁力，吸引衔铁产生一定位移，使阀门打开，油路连通；随后线圈断电，电磁铁快速退磁，电磁力跟着消失，衔铁失去吸力后在复位弹簧的作用下复位，阀门关闭。在这个过程中，由于电磁阀需要有快的响应速度，即电磁铁有足够大的吸力能给衔铁一个较高的加速度。电磁铁的电磁吸力可计算如下：

其中F为电磁铁所产生的吸力；K为一个常数，可以通过实验得到；I为通过线圈的电流；W为缠绕在铁芯上的线圈匝数；S为铁芯截面积；δ为气隙大小。

根据公式可知，在线圈匝数、铁芯截面积、气隙等电磁阀的结构参数一定时，电磁铁的吸力与线圈中电流的平方有正比关系，要想增大电磁铁的吸力就需要增大线圈中的电流。电磁铁在电路形式上可简单看作一个电阻和一个电感串联，当通上电压U时，线圈中电流变化规律可用电压平衡方程式3-2表示：

其中U为电磁铁外加电压；i为线圈电流；R为铁芯电阻；L为线圈等效电感。

在电磁铁结构参数不变的情况下，电磁力大小和电流的平方成正比，而线圈电流又会随着外加电压的增大而增大，因此外加电压越大，电磁铁所能产生的电磁力也就越大。但是在另一方面，电流增大后电磁铁的发热量和功率消耗也会随之增大。虽然一开始电磁阀需要一个较大的电磁力来提高它的响应速度，但在电磁阀吸引衔铁后就不需要较大的电磁力来提供加速度，只需要相对较小的力能够克服弹簧的弹力来维持衔铁的状态。那么就需要在电磁阀完全开启后就降低线圈电流，以此减小发热和功率损耗[12]。电磁阀线圈电流在工作过程中的理想变化曲线如下图所示：

电流sj

其中最大电流Ip称之为强激电流，Is称之为维持电流。在电磁阀从开启到关闭的一个周期内，可以分为两部分，刚开始的第一部分时间短，由强激电流驱动电磁阀，响应速度快，第二部分则由更小的维持电流驱动，只需要保持状态，功率低。

如下图所示为电磁阀的驱动电路简单示意图：

这个电路能够通过调整输入PWM信号的占空比来改变用电器两端的电压。在该电路中，脉冲信号由PWM硬件电路或微处理器给出，高低电平交替变换，刚开始一段时间内高电平脉冲持续时间较长，功率管A开启的平均时间较长，线圈获得的平均电流大，电磁阀开启后高电平持续时间变短，功率管A开启的平均时间较短，线圈获得的平均电流小。通过不同脉宽的信号来控制线圈电流的大小，能够达到减少功率损耗的目的。

PWM信号则由单片机给出，然而对于一般的单片机电路而言，不能直接用单片机的GPIO端口输出来驱动MOS管，因为单片机的供电电压以3.3V居多，输出的高电平为3.3V，对于功率较大的MOS管而言，可能无法使MOS管完全导通。因此在单片机和驱动电路之间增加一个IR2110驱动芯片，使单片机给出的逻辑信号经过中转后能与功率管的电平相匹配，即可完成单片机控制MOS管开关的电路。此外IR2110芯片还自带隔离效果，而且兼具光耦隔离和电磁隔离的优点。

具体驱动电路如下图，通过单片机给出PWM逻辑信号，再根据PWM信号控制IR2110芯片输出的驱动信号来驱动MOS管的开关从而控制电磁阀的开启和关闭。