Mạch điều khiển rơle và solenoid tăng gấp đôi điện áp cung cấp để tiết kiệm năng lượng duy trì

Một thực tế được chấp nhận chung về rơle và solenoid là sau khi chúng được đưa vào trạng thái kích hoạt, chỉ cần một nửa điện áp cuộn dây và do đó chỉ cần một phần tư công suất cuộn dây để duy trì đáng tin cậy. Do đó, bất kỳ solenoid hoặc trình điều khiển rơle nào liên tục áp dụng toàn bộ điện áp kích hoạt ban đầu chỉ để duy trì đều lãng phí gấp bốn lần công suất mà công việc yêu cầu.

Giải pháp đơn giản và rẻ nhất (một phần) cho vấn đề này được thể hiện trong Hình 1.

Hình 1 Mạch điều khiển cơ bản trong đó C1 kích hoạt, R1 duy trì dòng điện giảm một nửa, sau đó C1 xả qua R1 trong quá trình Toff.

Nhưng như thường lệ, giải pháp “đơn giản và rẻ tiền” của Hình 1 lại gặp phải một số chi phí và sự phức tạp.

Mặc dù R1 cắt thành công dòng điện duy trì xuống một nửa, nhưng nó cũng tiêu tán một lượng điện năng tương đương với cuộn dây. Do đó, tổng công suất duy trì là • chứ không phải • công suất kích hoạt, do đó chỉ một nửa lượng điện năng tiết kiệm được trên lý thuyết thực tế được hiện thực hóa.

Khi trình điều khiển bị tắt, phải áp dụng độ trễ phục hồi dài trước xung kích hoạt tiếp theo để cho C1 đủ thời gian xả qua R1. Nếu không, xung kích hoạt tiếp theo sẽ có biên độ không đủ và có thể hỏng. Hiệu ứng này trở nên trầm trọng hơn do thực tế là trong quá trình kích hoạt, C1 tích điện qua sự kết hợp song song của R1 và Rm, nhưng trong quá trình Toff, nó chỉ xả qua R1. Điều này làm cho quá trình phục hồi mất gấp đôi thời gian kích hoạt.

Hình 2 trình bày một giải pháp có hiệu suất tốt hơn, mặc dù ít đơn giản và rẻ tiền hơn, đó chính là chủ đề của Ý tưởng thiết kế này.

Hình 2 Q1 và Q2 hợp tác với C để tăng gấp đôi V(L) để kích hoạt, Q2 và D2 ​​duy trì, sau đó Q3 nhanh chóng xả C qua R để phục hồi nhanh chóng cho chu kỳ tiếp theo.

Quá trình kích hoạt bắt đầu bằng một xung dương ở đầu vào, bật Q1, đưa đầu dưới của cuộn dây đến -V(L) và bật Q2, kéo đầu trên của cuộn dây đến +V(L). Do đó, 2V(L) xuất hiện trên cuộn dây, đảm bảo quá trình kích hoạt đáng tin cậy. Khi quá trình nạp C hoàn tất, diode Schottky D2 tiếp quản quá trình dẫn điện từ Q1. Điều này cắt điện áp duy trì xuống ∞ giá trị kích hoạt, và do đó giảm công suất duy trì xuống ∞.

Vào cuối chu kỳ khi tín hiệu đầu vào trở về V(0), Q3 bật, khởi tạo quá trình xả nhanh C qua D2 và R. Trên thực tế, quá trình phục hồi có thể dễ dàng được sắp xếp để hoàn thành trong thời gian ngắn hơn thời gian rơle hoặc solenoid cần ngắt. Sau đó, không cần độ trễ giữa các chu kỳ rõ ràng và do đó thời gian phục hồi về cơ bản là bằng không!

Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu ngay cả khi tăng gấp đôi đường ray logic V(L) vẫn không tạo ra đủ điện áp để điều khiển cuộn dây và cần một đường ray cung cấp cao hơn?

Hình 3 giải quyết vấn đề đó bằng một số thủ thuật được mô tả trong Ý tưởng thiết kế trước đó: Điều khiển cực totem CMOS bằng tín hiệu logic, ghép nối AC và cổng nối đất.

Hình 3 Chuyển mức Q4, R1 và R2 được thêm vào để thích ứng với (++)V > V(L.)