Układ sterowania przekaźnika i elektromagnesu podwaja napięcie zasilania, aby oszczędzać energię podtrzymującą

Powszechnie akceptowanym faktem dotyczącym przekaźników i elektromagnesów jest to, że po ich uruchomieniu do stanu wzbudzenia potrzeba tylko połowy napięcia cewki, a zatem tylko jednej czwartej mocy cewki, aby niezawodnie je podtrzymać. W konsekwencji, każdy sterownik elektromagnesu lub przekaźnika, który stale stosuje pełne początkowe napięcie wzbudzenia, aby jedynie podtrzymać, marnotrawnie marnuje cztery razy więcej mocy, niż wymaga tego zadanie.

Najprostsze i najtańsze (częściowe) rozwiązanie tego problemu pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1 Podstawowy układ sterujący, w którym kondensator C1 jest aktywowany, rezystor R1 zmniejszający prąd o połowę utrzymuje napięcie, a następnie kondensator C1 rozładowuje się przez rezystor R1 podczas Toff.

Jednak, jak to często bywa w przypadku rozwiązań „prostych i tanich”, rozwiązanie z Rysunku 1 jest obarczone pewnymi kosztami i komplikacjami.

Chociaż rezystor R1 skutecznie zmniejsza prąd podtrzymujący o połowę, rozprasza przy tym tyle samo mocy, co cewka. W konsekwencji, całkowita moc podtrzymująca wynosi α, a nie α mocy sterującej, więc w rzeczywistości realizowana jest tylko połowa teoretycznych oszczędności energii.

Gdy sterownik jest wyłączony, przed następnym impulsem aktywacji należy zastosować długie opóźnienie odzyskiwania, aby umożliwić C1 wystarczająco dużo czasu na rozładowanie przez R1. W przeciwnym razie następny impuls aktywacji będzie miał niewystarczającą amplitudę i może się nie powieść. Efekt ten jest pogłębiany przez fakt, że podczas aktywacji C1 ładuje się przez równoległą kombinację R1 i Rm, ale podczas Toff rozładowuje się tylko przez R1. To sprawia, że ​​odzyskiwanie trwa dwa razy dłużej niż aktywacja.

Rysunek 2 przedstawia rozwiązanie o lepszych parametrach, choć mniej proste i tańsze, które jest przedmiotem niniejszego pomysłu na projekt.

Rysunek 2 Q1 i Q2 współpracują z C, podwajając V(L) w celu aktywacji, Q2 i D2 podtrzymują, a następnie Q3 szybko rozładowuje C przez R, aby szybko odzyskać siły przed następnym cyklem.

Aktywacja rozpoczyna się od dodatniego impulsu na wejściu, który włącza tranzystor Q1, który steruje dolnym końcem cewki do -V(L) oraz włącza tranzystor Q2, który podciąga górny koniec cewki do +V(L). W ten sposób na cewce pojawia się napięcie 2V(L), zapewniając niezawodne działanie. Po zakończeniu ładowania kondensatora C dioda Schottky'ego D2 przejmuje przewodzenie od tranzystora Q1. Powoduje to obniżenie napięcia podtrzymania do ? wartości aktywacji, a tym samym spadek mocy podtrzymania do ?.

Pod koniec cyklu, gdy sygnał przychodzący powraca do V(0), Q3 włącza się, inicjując szybkie rozładowanie C przez D2 i R. W rzeczywistości odzyskiwanie można łatwo zorganizować tak, aby trwało krócej niż przekaźnik lub elektromagnes potrzebuje na wyłączenie. Wówczas nie jest konieczne żadne wyraźne opóźnienie między cyklami, a czas odzyskiwania jest zatem praktycznie zerowy!

A co się stanie, jeśli nawet podwojenie szyny logicznej V(L) nadal nie wytworzy wystarczającego napięcia do wysterowania cewki i potrzebna będzie wyższa szyna zasilająca?

Na rysunku 3 rozwiązano ten problem, stosując pewne sztuczki opisane we wcześniejszym pomyśle projektowym: Sterowanie układami CMOS typu totem pole za pomocą sygnałów logicznych, sprzężenia prądu przemiennego i uziemionych bramek.

Rysunek 3 Przesunięcie poziomu Q4, R1 i R2 dodano w celu dostosowania do (++)V > V(L.)