Поставки продукции Megawin по официальным каналам - микроконтроллеры, мосты USB-UART
РадиоЛоцман - Все об электронике

Схема драйвера реле и соленоида удваивает напряжение питания для экономии энергии

Общепризнанно, что после срабатывания реле и соленоидов для их надежного удержания требуется только половина напряжения на катушке и, следовательно, только четверть мощности катушки. Следовательно, любой драйвер соленоида или реле, который постоянно подает полное начальное напряжение срабатывания только для удержания, расточительно тратит в четыре раза больше энергии, чем требуется для работы.

Современные альтернативы AC/DC-преобразователю хIPER12A от ведущих китайских производителей

Самое простое и дешевое (частичное) решение этой проблемы показано на Рисунке 1.

Базовая схема драйвера, в которой конденсатор C1 обеспечивает срабатывание, резистор R1 уменьшает поддерживающий ток вдвое, а затем C1 разряжается через R1 в течение времени TOFF.
Рисунок 1. Базовая схема драйвера, в которой конденсатор C1
обеспечивает срабатывание, резистор R1 уменьшает
поддерживающий ток вдвое, а затем C1 разряжается
через R1 в течение времени TOFF.

Но, как это часто бывает с «простым и дешевым», решению на Рисунке 1 присущи некоторые издержки и сложности.

Хотя резистор R1 успешно снижает поддерживающий ток вдвое, при этом он рассеивает столько же энергии, сколько и катушка. Следовательно, общая поддерживающая мощность составляет ½, а не ¼ от мощности срабатывания, поэтому фактически реализуется только половина теоретической экономии мощности.

Когда драйвер выключен, перед следующим импульсом включения необходимо установить длительную задержку восстановления, чтобы дать конденсатору C1 достаточно времени для разряда через резистор R1. В противном случае следующий управляющий импульс будет иметь недостаточную амплитуду и может не сработать. Этот эффект усугубляется тем, что во время срабатывания конденсатор C1 заряжается через параллельную комбинацию R1 и RM, но во время TOFF выключенного состояния он разряжается только через R1. Из-за этого восстановление занимает в два раза больше времени, чем срабатывание.

На Рисунке 2 представлено более эффективное, хотя и менее простое и дешевое решение, которое и является предметом данной статьи.

Транзисторы Q1 и Q2 во взаимодействии с конденсатором C удваивают напряжение VL, обеспечивая срабатывание, Q2 и D2 обеспечивают поддержание, затем Q3 быстро разряжает C через резистор R, чтобы восстановиться для следующего цикла.
Рисунок 2. Транзисторы Q1 и Q2 во взаимодействии с конденсатором C
удваивают напряжение VL, обеспечивая срабатывание, Q2 и
D2 обеспечивают поддержание, затем Q3 быстро разряжает C
через резистор R, чтобы восстановиться для следующего цикла.

Активация начинается с положительного импульса на входе, включающего транзистор Q1, который подтягивает нижний конец катушки к напряжению –VL и включает транзистор Q2, подтягивающий верхний конец катушки к напряжению +VL. Таким образом, к катушке оказывается приложенным напряжение 2VL, обеспечивающее надежное срабатывание. Когда зарядка конденсатора C завершается, диод Шоттки D2 забирает себе функцию пропускания тока у транзистора Q1. Это снижает поддерживающее напряжение до ½ напряжения срабатывания и, следовательно, уменьшает поддерживающую мощность до ¼.

В конце цикла, когда входной сигнал возвращается к уровню V0, включается транзистор Q3, инициируя быстрый разряд конденсатора C через D2 и R. На самом деле, восстановление можно легко организовать так, чтобы оно занимало меньше времени, чем требуется для отключения реле или соленоида. Тогда не будет необходимости в явной межцикловой задержке, и время восстановления фактически будет равно нулю!

Мораль: вы получаете то, за что платите!

Но что произойдет, если даже удвоенного напряжения логической шины VL все равно будет недостаточно для управления катушкой, и потребуется шина питания с более высоким напряжением?

На Рисунке 3 эта проблема решена с помощью некоторых хитростей, описанных в более ранней статье [1].

Для выполнения условия V++ > VL добавлена цепь сдвига уровня на элементах Q4, R1 и R2.
Рисунок 3. Для выполнения условия V++ > VL добавлена цепь
сдвига уровня на элементах Q4, R1 и R2.

Ссылка

  1. Stephen Woodward. Управление КМОП двухтактными каскадами с помощью логических сигналов, связи по переменному току и заземленных затворов

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Relay and solenoid driver circuit doubles supply voltage to conserve sustaining power

ТМ Электроникс. Электронные компоненты и приборы. Скидки, кэшбэк и бесплатная доставка
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • все это замечательно. Вот только корректное применение оных эм устройств подразумевает изучение документации от поставщика\изготовителя на это устройство. и только после этого - принятие какого нибудь решения. иначе вполне можно нарваться на либо прямой запрет, либо нештатное использование. и ладно если фантазия разработчика ограничивается ширпотребом. а вот если будут интересны иные параметры типа надежности, климата, механичесого воздействия может обьякится сюрприз который разработчик создал себе абсолютно добровольно
  • А ещё согласование с ним?
  • В двух словах - если реле отвалится кто будет виноват? :)
  • Зачем же на бытовом форуме сразу про ракеты и только про ракеты. :) Помниться магнитофон Маяк 23X Уж какой X помню. В Синклерные времена такие часто лязгали. На соленоиды ЛПМ импульс 42 вольта для срабатывания и потом удерживающее 5 вольт. 42 вольта из блока питания. Это и будет " Самое простое и дешевое решение этой проблемы" :)
  • Есть же серии реле/соленоидов в которых данная фишка отрабатывается в штатном варианте. Серии содержат катушки из 2х обмоток, втягивающие и удерживающие. Предусматривают соответствующие схемы коммутации. Примеры навскидку: втягивающие реле(соленоиды) автомобильных стартеров, мощные реле(контакторы) кажется ТКЕ серии. В последних коммутация обмоток происходит контактной группой встроенной в зад корпуса катушки. Когда это жизненно необходимо в неком конкретном случае - можно поискать подходящие аналоги. В остальном - всякие подобного плана "навороты" помимо прочего удорожают и усложняют схему, Становятся дополнительными местами вероятных неисправностей и пр. Сэкономленные мощности врядли компенсируют понесенные на них суммарные(в т.ч. время на отладку) затраты. --- [I]Размышления на тему... Магнитные замки, что сейчас повсеместно запирают двери... Они постоянно жрут электричество... В большинстве случаев оказываются бессильными перед физически развитым ...злоумышленником... ИМХО - Вот это неоправданные затраты.[/I]
  • Это если примитивно сконструированы. В автомобилях и двери запираютcя и электричество лишнего не жреться. С комплектующими для самопальщика никаких проблем. И с каких пор замок был абсолютно непреодолимой преградой для злоумышленников? Фильмов про крутых грабителей полно. :)
Полный вариант обсуждения »