تعمل دائرة تشغيل المرحل والملف اللولبي على مضاعفة جهد الإمداد للحفاظ على الطاقة المستدامة

من الحقائق المقبولة عمومًا حول المرحلات والملفات اللولبية أنه بعد تشغيلها في حالة التشغيل، لا يلزم سوى نصف جهد الملف وبالتالي ربع طاقة الملف فقط للحفاظ عليها بشكل موثوق. وبالتالي، فإن أي ملف لولبي أو مرحل يطبق باستمرار جهد التشغيل الأولي الكامل لمجرد الاستمرار يهدر أربعة أضعاف الطاقة التي تتطلبها المهمة.

الحل الأبسط والأرخص (الجزئي) لهذه المشكلة موضح في الشكل 1.

الشكل 1 دائرة تشغيل أساسية حيث يتم تشغيل C1، ويستمر R1 في خفض التيار إلى النصف، ثم يقوم C1 بالتفريغ عبر R1 أثناء Toff.

ولكن كما هو الحال في كثير من الأحيان مع الحلول "البسيطة والرخيصة"، فإن الحل الموضح في الشكل 1 يعاني من بعض التكاليف والمضاعفات.

بينما ينجح R1 في خفض تيار الاستدامة إلى النصف، فإنه يبدد طاقة مساوية لطاقة الملف. وبالتالي، فإن إجمالي طاقة الاستدامة يساوي √ بدلاً من √ من طاقة التشغيل، وبالتالي لا يتحقق فعليًا سوى نصف التوفير النظري في الطاقة.

عند إيقاف تشغيل المحرك، يجب فرض تأخير استرداد طويل قبل نبضة التشغيل التالية للسماح لـ C1 بوقت كافٍ للتفريغ من خلال R1. وإلا، فإن نبضة التشغيل التالية ستكون ذات سعة غير كافية وقد تفشل. ويتفاقم هذا التأثير بسبب حقيقة أنه أثناء التشغيل، يتم شحن C1 من خلال التركيبة المتوازية لـ R1 وRm، ولكن أثناء Toff يتم تفريغها من خلال R1 وحدها. وهذا يجعل الاسترداد يستغرق ضعف الوقت الذي يستغرقه التشغيل.

يقدم الشكل 2 حلاً أفضل أداءً، رغم أنه أقل بساطة وأقل كلفة، وهو موضوع فكرة التصميم هذه.

الشكل 2 يتعاون Q1 وQ2 مع C لمضاعفة V(L) للتشغيل، ويستمر Q2 وD2، ثم يقوم Q3 بتفريغ C بسرعة عبر R للتعافي بسرعة للدورة التالية.

يبدأ التشغيل بنبضة موجبة عند المدخل، تُشغَّل Q1، مما يدفع الطرف السفلي للملف إلى -V(L)، وتُشغَّل Q2، مما يدفع الطرف العلوي للملف إلى +V(L). وهكذا، يظهر جهد 2V(L) عبر الملف، مما يضمن تشغيلًا موثوقًا. عند اكتمال شحن C، يتولى ثنائي شوتكي D2 التوصيل من Q1. هذا يُخفِّض جهد الدعم إلى ∆ قيمة التشغيل، وبالتالي تنخفض قدرة الدعم إلى ∆.

في نهاية الدورة عندما تعود الإشارة الواردة إلى V(0)، يتم تشغيل Q3، مما يؤدي إلى تفريغ سريع لـ C عبر D2 وR. في الواقع، يمكن ترتيب الاسترداد بسهولة لإكماله في وقت أقل من الوقت الذي يحتاجه التتابع أو الملف اللولبي للانقطاع. بعد ذلك، لا يلزم وجود تأخير صريح بين الدورات وبالتالي يكون وقت الاسترداد صفرًا فعليًا!

ولكن ماذا يحدث إذا كان حتى مضاعفة السكك المنطقية V(L) لا تزال غير كافية لتوليد جهد كافي لتشغيل الملف وتكون هناك حاجة إلى سكة إمداد أعلى؟

يتناول الشكل 3 هذه المشكلة باستخدام بعض الحيل الموضحة في فكرة تصميم سابقة: قيادة أعمدة الطوطم CMOS باستخدام إشارات منطقية، وربط التيار المتردد، والبوابات الأرضية.

الشكل 3 تم إضافة تحويل المستوى Q4 وR1 وR2 لاستيعاب (++)V > V(L.)