El circuito del controlador de relé y solenoide duplica el voltaje de suministro para conservar la energía de sostenimiento

Un hecho generalmente aceptado sobre los relés y solenoides es que, una vez que se los activa, solo se requiere la mitad del voltaje de la bobina y, por lo tanto, solo una cuarta parte de la potencia de la bobina para mantenerlo de manera confiable. En consecuencia, cualquier controlador de solenoide o relé que aplique continuamente el voltaje de activación inicial completo solo para mantenerlo está desperdiciando cuatro veces más energía de la que requiere el trabajo.

La solución más simple y barata (parcial) a este problema se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Circuito controlador básico donde C1 se activa, R1 mantiene la corriente reducida a la mitad y luego C1 se descarga a través de R1 durante Toff.

Pero como suele suceder con las soluciones “simples y baratas”, la solución de la Figura 1 adolece de algunos costos y complicaciones.

Si bien R1 reduce con éxito la corriente de mantenimiento a la mitad, disipa la misma potencia que la bobina. En consecuencia, la potencia de mantenimiento total es ? en lugar de ? de la potencia de accionamiento, por lo que solo se alcanza la mitad del ahorro teórico de energía.

Cuando el controlador está apagado, se debe imponer un largo retraso de recuperación antes del siguiente pulso de activación para permitir que C1 tenga tiempo suficiente para descargarse a través de R1. De lo contrario, el siguiente pulso de activación tendrá una amplitud inadecuada y puede fallar. Este efecto se agrava por el hecho de que, durante la activación, C1 se carga a través de la combinación paralela de R1 y Rm, pero durante Toff se descarga solo a través de R1. Esto hace que la recuperación tarde el doble que la activación.

La Figura 2 presenta una solución de mejor rendimiento, aunque menos simple y económica, que es el tema de esta idea de diseño.

Figura 2 Q1 y Q2 cooperan con C para duplicar V(L) para la actuación, Q2 y D2 sostienen, luego Q3 descarga rápidamente C a través de R para recuperarse rápidamente para el siguiente ciclo.

La activación comienza con un pulso positivo en la entrada, activando Q1, lo que lleva el extremo inferior de la bobina a -V(L) y activa Q2, lo que lleva el extremo superior de la bobina a +V(L). Por lo tanto, aparecen 2V(L) en la bobina, lo que garantiza una activación fiable. Al completarse la carga de C, el diodo Schottky D2 asume la conducción de Q1. Esto reduce la tensión de mantenimiento a ? del valor de activación y, por lo tanto, la potencia de mantenimiento a ?.

Al final del ciclo, cuando la señal entrante vuelve a V(0), Q3 se activa, lo que inicia una descarga rápida de C a través de D2 y R. De hecho, la recuperación se puede organizar fácilmente para que se complete en menos tiempo del que el relé o solenoide necesita para desconectarse. Entonces, no es necesario un retraso explícito entre ciclos y, por lo tanto, el tiempo de recuperación es prácticamente cero.

¿Pero qué sucede si incluso duplicar el riel lógico V(L) aún no produce suficiente voltaje para impulsar la bobina y se necesita un riel de suministro más alto?

La Figura 3 aborda ese problema con algunos trucos descritos en una idea de diseño anterior: controlar tótems CMOS con señales lógicas, acoplamiento de CA y puertas conectadas a tierra.

Figura 3. Se agregan cambios de nivel Q4, R1 y R2 para acomodar (++)V > V(L.)