วงจรขับรีเลย์และโซลินอยด์เพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าเพื่อประหยัดพลังงาน

ข้อเท็จจริงที่ยอมรับกันโดยทั่วไปเกี่ยวกับรีเลย์และโซลินอยด์ก็คือ หลังจากที่รีเลย์และโซลินอยด์ถูกขับเคลื่อนเข้าสู่สถานะการทำงานแล้ว จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าของคอยล์เพียงครึ่งเดียว และดังนั้น จึงต้องใช้กำลังของคอยล์เพียงหนึ่งในสี่เท่านั้น จึงจะรักษาสถานะการทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้น โซลินอยด์หรือรีเลย์ไดรฟ์เวอร์ใดๆ ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าการทำงานเริ่มต้นเต็มที่อย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาสถานะการทำงานเพียงอย่างเดียว ถือเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานมากกว่างานที่ต้องการถึงสี่เท่าโดยเปล่าประโยชน์

วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุดและถูกที่สุด (บางส่วน) สำหรับปัญหานี้แสดงอยู่ในรูปที่ 1

รูปที่ 1 วงจรไดร์เวอร์พื้นฐาน โดยที่ C1 จะทำงาน กระแสที่ลดลงครึ่งหนึ่ง R1 จะคงอยู่ จากนั้น C1 จะคายประจุผ่าน R1 ในระหว่าง Toff

แต่เช่นเดียวกับที่มักเป็นจริงสำหรับ "วิธีที่ง่ายและราคาถูก" โซลูชันของ Figure 1 ก็มีค่าใช้จ่ายและความซับซ้อนอยู่บ้าง

แม้ว่า R1 จะสามารถลดกระแสไฟฟ้าที่จ่ายได้ครึ่งหนึ่ง แต่ก็สูญเสียพลังงานไปเท่ากับขดลวด ดังนั้น กำลังไฟฟ้าที่จ่ายได้ทั้งหมดจึงเท่ากับกำลังไฟฟ้าที่จ่ายได้ แทนที่จะเป็น เท่ากับกำลังไฟฟ้าที่จ่ายได้จริง ดังนั้นจึงสามารถประหยัดพลังงานได้จริงเพียงครึ่งเดียวของค่าที่ประหยัดได้จริงตามทฤษฎี

เมื่อปิดไดรเวอร์ จะต้องกำหนดระยะเวลาหน่วงการกู้คืนที่ยาวนานก่อนพัลส์การทำงานครั้งต่อไป เพื่อให้ C1 มีเวลาเพียงพอในการคายประจุผ่าน R1 มิฉะนั้น พัลส์การทำงานครั้งต่อไปจะมีแอมพลิจูดไม่เพียงพอและอาจล้มเหลว ผลกระทบนี้จะรุนแรงขึ้นเนื่องจากในระหว่างการทำงาน C1 จะชาร์จประจุผ่านชุดขนานของ R1 และ Rm แต่ในระหว่างการทำงาน Toff จะคายประจุผ่าน R1 เท่านั้น ทำให้การกู้คืนใช้เวลานานกว่าการทำงานสองเท่า

รูปที่ 2 นำเสนอโซลูชันที่มีประสิทธิภาพดีกว่า แม้จะเรียบง่ายและราคาถูกกว่า ซึ่งเป็นหัวข้อของแนวคิดการออกแบบนี้

รูปที่ 2 Q1 และ Q2 ทำงานร่วมกับ C เพื่อเพิ่ม V(L) ให้เป็นสองเท่าเพื่อการกระตุ้น Q2 และ D2 รักษาระดับ จากนั้น Q3 จะคายประจุ C ถึง R อย่างรวดเร็วเพื่อฟื้นตัวอย่างรวดเร็วสำหรับรอบถัดไป

การกระตุ้นเริ่มต้นด้วยพัลส์บวกที่อินพุต โดยเปิด Q1 ซึ่งขับปลายด้านล่างของคอยล์ไปที่ -V(L) และเปิด Q2 ซึ่งดึงปลายด้านบนของคอยล์ไปที่ +V(L) ดังนั้น แรงดันไฟฟ้า 2V(L) จึงปรากฏบนคอยล์ ทำให้มั่นใจได้ว่าการกระตุ้นจะเชื่อถือได้ เมื่อการชาร์จ C เสร็จสมบูรณ์ ไดโอดชอตต์กี D2 จะรับหน้าที่นำไฟฟ้าจาก Q1 ซึ่งจะลดแรงดันไฟฟ้าค้างลงเหลือ √ ของค่าการกระตุ้น และทำให้กำลังไฟฟ้าค้างลดลงเหลือ √

เมื่อสิ้นสุดรอบการทำงาน เมื่อสัญญาณขาเข้ากลับสู่ V(0) Q3 จะเปิดขึ้น โดยเริ่มปล่อยประจุ C อย่างรวดเร็วผ่าน D2 และ R ในความเป็นจริง สามารถจัดเตรียมการกู้คืนให้เสร็จสิ้นได้ในเวลาอันสั้นกว่าที่รีเลย์หรือโซลินอยด์ต้องหยุดทำงาน ดังนั้น ไม่จำเป็นต้องมีการหน่วงเวลาระหว่างรอบการทำงานที่ชัดเจน และด้วยเหตุนี้ เวลาในการกู้คืนจึงเท่ากับศูนย์อย่างแท้จริง!

แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าการเพิ่มรางลอจิก V(L) สองเท่าก็ยังไม่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้เพียงพอที่จะขับเคลื่อนคอยล์ และจำเป็นต้องใช้รางจ่ายไฟที่สูงกว่า?

รูปที่ 3 กล่าวถึงปัญหาดังกล่าวด้วยกลอุบายบางประการที่อธิบายไว้ในแนวคิดการออกแบบก่อนหน้านี้: การขับเคลื่อนเสาโทเท็ม CMOS ด้วยสัญญาณตรรกะ การเชื่อมต่อไฟฟ้ากระแสสลับ และเกตที่ต่อลงดิน

รูปที่ 3 เพิ่มการเลื่อนระดับ Q4, R1 และ R2 เพื่อรองรับ (++)V > V(L.)