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如何讓你的繼電器不浪費電

時間:2018-11-08 14:08:09來源:edn

導語:?雖然繼電器運作時耗電量大,但仍然是設計工程師百寶箱中最有用的組件之一,此弱點可以透過一些非靜態(tài)驅動器和專用IC來克服。

雖然繼電器(relay)運作時耗電量大,但仍然是設計工程師百寶箱中最有用的組件之一,此弱點可以透過一些非靜態(tài)驅動器和專用IC來克服。

這類機電組件(你可以認為它們是主動或被動組件)是電子工程工具套件中最早問世的組件之一;盡管現(xiàn)在已有替代組件如固態(tài)繼電器(SSR)和光耦合器(光隔離器),能在某些情況下取代繼電器,但在許多情況下,繼電器仍然是最佳或唯一的解決方案。

為什么不是呢?沒錯,繼電器是「老古董」了,或許并沒有很多菜鳥工程師給予它應有的尊重或考慮,但市場上具有規(guī)格極其廣泛、數(shù)不清的繼電器型號,這足以證明其價值。我相信繼電器每年的銷售量都有數(shù)百萬顆(而且我們還沒考慮RF繼電器)。

讓我們面對現(xiàn)實:繼電器容易使用,尺寸也容易調整,輸入線圈和輸出觸點可以有完全不同的額定值(包括電流、電壓、AC和DC);觸點在很大程度上是不挑訊號的;觸點很容易「浮動」(未接地);觸點配置可以針對具體情況而變化,包括常開(NO)、常閉(NC),同時NO和NC;還有多個獨立的極點(pole)以及各種安裝方式,以上只是幾個例子。

它的另一個主要優(yōu)點是線圈驅動側電路和觸點閉合側之間是絕對隔離的。簡而言之,繼電器可以做很多事情,但不會出現(xiàn)令人頭痛或意外的情況。此外,如果在規(guī)格范圍內使用,一顆高質量繼電器具有超過百萬次的使用壽命,還有什么不好的?

實際上,繼電器的確有一個缺點,就是其固有的物理缺陷:耗電量大──它的「近親」螺線管(solenoid)也有這種缺陷。作為一種基于磁場能量的組件,它需要電流激勵線圈,而電流就意味著耗散功率(這顯然是一種浪費)和發(fā)熱(這會產生嚴重的后果)。

幸運的是,有一些方法可以解決這個難題。首先,我們要知道繼電器的「保持」(hold)電流通常約為其吸合(pull-in)電流的一半,有鑒于此,有不少聰明人想出將電容應用于例如RC計時電路、古老的555定時器等其他電路中,將繼電器電流從其較高的吸合值切換到較低的保持值。雖然這些解決方案得付出一些代價,但還是值得的,這樣就可以擺脫過去那種簡單的「通電后就放任不管」的做法,從而減少不必要的耗電。

例如,可以采用具有可變占空比的PWM設計方案,這是降低功耗的常用技巧,如圖1(Case2);隨著占空比減小,平均功耗也會降低。其中的「撇步」是不管占空比如何,要保持脈沖速率足夠高,以便繼電器的時間常數(shù)可以平均電流和合力。有鑒于繼電器是一種機電組件,產生如此高重復率的PWM訊號原則上不是問題,但實際上它會給微控制器帶來負擔。

IC供貨商知道這一點,也知道繼電器是一個很好的機會。這就是為什么有專門針對這一應用的IC,例如德州儀器(TI)的DRV110PWM電流控制器,可以減輕微控制器的負載(圖1的Case3),還允許使用者設置初始啟動電流、達到峰值電流的時間、保持電流和其他參數(shù)。

由于電路設計中不可避免的高溫問題,對啟動和保持電流進行單獨控制非常重要。當繼電器線圈由于施加電流溫度升高時,其銅繞組(copperwinding)的電阻會顯著增加。

這反過來降低了線圈的電流,以及減少產生磁場的安培匝數(shù)(ampere-turns)。結果則可能是繼電器線圈接收不到足夠的吸合電流,只是「輕輕」吸合或是根本沒有吸合;也有可能在較高溫度期間保持電流太低,會無預警斷線。需要小心研究產品規(guī)格表并分析驅動情況。

因此,不要害怕繼電器,它會是可行的解決方案──很多時候還是最好、甚至是唯一的解決方案,特別是在控制訊號和負載非常不同或需要隔離的情況下...

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