リレーとソレノイド駆動回路は供給電圧を2倍にして持続電力を節約します

リレーとソレノイドに関して一般に認められている事実は、作動状態に駆動された後は、確実にその状態を維持するために必要なコイル電圧は半分、したがってコイル電力は 4 分の 1 だけであるということです。したがって、単に維持するためだけに初期作動電圧全体を継続的に印加するソレノイドまたはリレー ドライバは、ジョブに必要な電力の 4 倍を無駄に浪費していることになります。

この問題に対する最も単純かつ安価な（部分的な）解決策を図 1 に示します。

図 1 C1 が作動し、電流を半分にする R1 が維持し、その後 Toff 中に C1 が R1 を通じて放電する基本的なドライバ回路。

しかし、「シンプルで安価」なものにはよくあることですが、図 1 のソリューションには、ある程度のコストと複雑さが伴います。

R1は維持電流を半分に削減することに成功しましたが、コイルと同じ量の電力を消費します。その結果、総維持電力は作動電力の?ではなく?となり、理論上の電力節約の半分しか実現されません。

ドライバがオフになると、次の作動パルスの前に長い回復遅延を設けて、C1 が R1 を通して放電するのに十分な時間を確保する必要があります。そうしないと、次の作動パルスの振幅が不十分になり、失敗する可能性があります。この影響は、作動中は C1 が R1 と Rm の並列組み合わせを通して充電されますが、Toff 中は R1 のみを通して放電されるという事実によって悪化します。これにより、回復には作動の XNUMX 倍の時間がかかります。

図 2 は、このデザイン アイデアの主題である、それほど単純でなく安価でもないものの、パフォーマンスはより優れているソリューションを示しています。

図 2 Q1 と Q2 は C と連携して作動のために V(L) を 2 倍にし、Q2 と D3 は維持し、その後 QXNUMX は R を通じて C を急速に放電して次のサイクルに迅速に回復します。

駆動は入力に正パルスが印加されることによって開始され、Q1がオンになり、コイルの下端が-V(L)に駆動されます。一方、Q2がオンになり、コイルの上端が+V(L)に引き上げられます。これにより、コイル両端に2V(L)が印加され、信頼性の高い駆動が保証されます。Cの充電が完了すると、ショットキーダイオードD2がQ1から導通を引き継ぎます。これにより、維持電圧が駆動電圧のXNUMX/XNUMXに低下し、維持電力もXNUMX/XNUMXに低下します。

サイクルの終わりに入力信号が V(0) に戻ると、Q3 がオンになり、D2 と R を介して C の急速放電が開始されます。実際、回復は、リレーまたはソレノイドがドロップアウトするのに必要な時間よりも短い時間で完了するように簡単に調整できます。そうすれば、明示的なサイクル間遅延は必要なく、回復時間は事実上ゼロになります。

しかし、V(L)ロジックレールを2倍にしてもコイルを駆動するのに十分な電圧が得られず、より高い電源レールが必要な場合はどうなるでしょうか?

図 3 は、以前の設計アイデア「ロジック信号、AC 結合、および接地ゲートを使用して CMOS トーテムポールを駆動する」で説明したいくつかのトリックを使用して、この問題に対処しています。

図3 レベルシフトQ4、R1、およびR2が追加され、(++)V > V(L)に対応します。