繼電器和螺線管驅動電路使電源電壓加倍以節省持續電力

關於繼電器和螺線管的一個普遍接受的事實是，在它們被驅動到啟動狀態後，只需要一半的線圈電壓和四分之一的線圈功率就能可靠地維持它。因此，任何螺線管或繼電器驅動器，如果連續施加完整的初始驅動電壓來維持，就會浪費四倍於工作所需的電力。

圖 1 顯示了該問題最簡單、最便宜的（部分）解決方案。

圖 1 基本驅動電路，其中 C1 啟動，電流減半 R1 維持，然後 C1 在 Toff 期間透過 R1 放電。

但正如「簡單而廉價」的情況通常一樣，圖 1 的解決方案也存在一些成本和複雜性。

雖然R1成功地將維持電流減半，但它消耗的功率與線圈本身的功率一樣多。因此，總維持功率是驅動功率的一半，而不是一半，所以實際節省的功率只有理論值的一半。

當驅動器關閉時，必須在下一個驅動脈衝之前施加較長的恢復延遲，以允許 C1 有足夠的時間透過 R1 放電。否則，下一個驅動脈衝的幅度將不足，並可能失敗。這種影響因以下事實而加劇：在啟動期間，C1 透過 R1 和 Rm 的並聯組合充電，但在 Toff 期間，它僅透過 R1 放電。這使得恢復所需的時間是驅動時間的兩倍。

圖 2 展示了一個性能更佳的解決方案，儘管不那麼簡單和便宜，但它也是本設計理念的主題。

圖2 Q1和Q2與C配合使V(L)加倍啟動，Q2和D2維持，然後Q3通過R快速放電C，以快速恢復為下一個週期。

驅動始於輸入端的正脈衝，Q1導通，驅動線圈底端電壓達到-V(L)，Q2導通，拉高線圈頂端電壓至+V(L)。因此，線圈兩端電壓為2V(L)，確保可靠驅動。 C充電完成後，蕭特基二極體D2接手Q1的導通。這將維持電壓降至驅動值的-XNUMX%，從而使維持功率降至-XNUMX。

在週期結束時，當輸入訊號返回 V(0) 時，Q3 導通，透過 D2 和 R 啟動 C 的快速放電。 事實上，恢復過程可以很容易地安排在比繼電器或螺線管需要斷開的時間更短的時間內完成。那麼就不需要明確的周期間延遲，因此恢復時間實際上為零！

但是，如果即使將 V(L) 邏輯軌加倍，仍然無法產生足夠的電壓來驅動線圈，並且需要更高的電源軌，會發生什麼情況？

圖 3 使用先前設計理念中描述的一些技巧解決了這個問題：使用邏輯訊號、AC 耦合和接地閘驅動 CMOS 圖騰柱。

圖 3 新增電平轉換 Q4、R1 和 R2 以適應 (++)V > V(L.)