O circuito de relé e driver solenóide dobra a tensão de alimentação para conservar a energia de sustentação

Um fato geralmente aceito sobre relés e solenoides é que, depois que eles são acionados para o estado atuado, apenas metade da voltagem da bobina e, portanto, apenas um quarto da potência da bobina são necessários para sustentá-lo de forma confiável. Consequentemente, qualquer solenoide ou driver de relé que aplica continuamente a voltagem de atuação inicial completa para meramente sustentar está desperdiçando quatro vezes mais potência do que o trabalho requer.

A solução mais simples e barata (parcial) para esse problema é mostrada na Figura 1.

Figura 1 Circuito de driver básico onde C1 atua, R1 que reduz a corrente pela metade é mantido e então C1 descarrega através de R1 durante o Toff.

Mas, como costuma acontecer com o que é “simples e barato”, a solução da Figura 1 sofre com alguns custos e complicações.

Embora R1 consiga reduzir a corrente de sustentação pela metade, ele dissipa tanta potência quanto a bobina ao fazê-lo. Consequentemente, a potência de sustentação total é ? em vez de ? da potência de atuação, então apenas metade da economia teórica de energia é efetivamente alcançada.

Quando o driver é desligado, um longo atraso de recuperação deve ser imposto antes do próximo pulso de atuação para dar tempo suficiente para C1 descarregar através de R1. Caso contrário, o próximo pulso de atuação terá amplitude inadequada e pode falhar. Este efeito é agravado pelo fato de que, durante a atuação, C1 carrega através da combinação paralela de R1 e Rm, mas durante Toff ele descarrega através de R1 sozinho. Isso faz com que a recuperação demore o dobro do tempo que a atuação.

A Figura 2 apresenta uma solução de melhor desempenho, embora menos simples e barata, que é o assunto desta Ideia de Design.

Figura 2 Q1 e Q2 cooperam com C para dobrar V(L) para atuação, Q2 e D2 sustentam, então Q3 descarrega rapidamente C através de R para se recuperar rapidamente para o próximo ciclo.

A atuação começa com um pulso positivo na entrada, ligando Q1, que leva a extremidade inferior da bobina a -V(L) e ligando Q2, que leva a extremidade superior da bobina a +V(L). Assim, 2V(L) aparece na bobina, garantindo uma atuação confiável. Quando a carga de C é concluída, o diodo Schottky D2 assume a condução de Q1. Isso corta a tensão de sustentação para ≤ o valor de atuação e, portanto, reduz a potência de sustentação para ≤.

No final do ciclo, quando o sinal de entrada retorna para V(0), Q3 liga, iniciando uma descarga rápida de C através de D2 e ​​R. Na verdade, a recuperação pode ser facilmente organizada para ser concluída em menos tempo do que o relé ou solenóide precisa para cair. Então, nenhum atraso interciclo explícito é necessário e o tempo de recuperação é, portanto, efetivamente zero!

Mas o que acontece se mesmo dobrando o trilho lógico V(L) ainda não houver tensão suficiente para acionar a bobina e for necessário um trilho de alimentação mais alto?

A Figura 3 aborda esse problema com alguns truques descritos em uma Ideia de Projeto anterior: Acionamento de totens CMOS com sinais lógicos, acoplamento CA e portas aterradas.

Figura 3 Deslocamento de nível Q4, R1 e R2 são adicionados para acomodar (++)V > V(L.)