继电器和螺线管驱动电路使电源电压加倍以节省持续电力

关于继电器和螺线管的一个普遍接受的事实是，在它们被驱动到致动状态后，只需要一半的线圈电压和四分之一的线圈功率就能可靠地维持它。因此，任何持续施加全初始致动电压以维持的螺线管或继电器驱动器都在浪费四倍于工作所需功率的电力。

图 1 显示了该问题最简单、最便宜的（部分）解决方案。

图 1 基本驱动电路，其中 C1 启动，电流减半 R1 维持，然后 C1 在 Toff 期间通过 R1 放电。

但正如“简单而廉价”的情况通常一样，图 1 的解决方案也存在一些成本和复杂性。

虽然R1成功地将维持电流减半，但它消耗的功率与线圈本身的功率一样多。因此，总维持功率是驱动功率的一半，而不是一半，所以实际节省的功率仅为理论值的一半。

当驱动器关闭时，必须在下一个启动脉冲之前施加较长的恢复延迟，以便 C1 有足够的时间通过 R1 放电。否则，下一个启动脉冲的幅度将不足，并可能失败。这种影响因以下事实而加剧：在启动期间，C1 通过 R1 和 Rm 的并联组合充电，但在 Toff 期间，它仅通过 R1 放电。这使得恢复时间是启动时间的两倍。

图 2 展示了一种性能更佳的解决方案，尽管不那么简单和便宜，但它也是本设计理念的主题。

图2 Q1和Q2与C配合使V(L)加倍启动，Q2和D2维持，然后Q3通过R快速放电C，以快速恢复为下一个周期。

驱动始于输入端的正脉冲，Q1导通，驱动线圈底端电压达到-V(L)，Q2导通，拉高线圈顶端电压至+V(L)。因此，线圈两端电压为2V(L)，确保可靠驱动。C充电完成后，肖特基二极管D2接管Q1的导通。这将维持电压降至驱动值的-XNUMX%，从而使维持功率降至-XNUMX。

在周期结束时，当输入信号返回到 V(0) 时，Q3 导通，通过 D2 和 R 启动 C 的快速放电。事实上，恢复过程可以很容易地安排在比继电器或螺线管需要断开的时间更短的时间内完成。这样就不需要明确的周期间延迟，因此恢复时间实际上为零！

但是，如果即使将 V(L) 逻辑轨加倍，仍然无法产生足够的电压来驱动线圈，并且需要更高的电源轨，会发生什么情况？

图 3 使用先前设计理念中描述的一些技巧解决了该问题：使用逻辑信号、AC 耦合和接地门驱动 CMOS 图腾柱。

图 3 添加电平转换 Q4、R1 和 R2 以适应 (++)V > V(L.)