采用數(shù)字技術(shù)降低繼電器功耗

繼電器常被用作電子控制開關(guān)，與晶體管不同的是開關(guān)觸點(diǎn)與控制輸入是電隔離的。另一方面，繼電器線圈的功耗對(duì)于電池供電產(chǎn)品而言是一個(gè)缺憾，通過(guò)增加一個(gè)模擬開關(guān)可降低線圈損耗、并允許繼電器工作在較低的電壓(圖1)。

圖1. 利用模擬開關(guān)降低繼電器的功耗

繼電器線圈的功耗為V?/RCOIL，降低其標(biāo)稱的5V供電電壓可減小相應(yīng)的功耗(導(dǎo)通后)，需要注意的是控制繼電器導(dǎo)通的電壓(吸合電壓)高于保持其導(dǎo)通狀態(tài)的電壓(釋放電壓)，圖中所示繼電器的吸合電壓為3.5V、釋放電壓為1.5V，本設(shè)計(jì)中則允許其工作在2.5V的中間值。表1對(duì)比了繼電器在固定工作電壓，以及采用圖1電路替代后的功耗。

閉合SW1，電流流過(guò)繼電器線圈，C1、C2開始充電，由于電源電壓低于吸合電壓，繼電器保持釋放狀態(tài)。RC時(shí)間常數(shù)保證C2上的電壓達(dá)到模擬開關(guān)的邏輯門限之前C1的充電過(guò)程基本完成。當(dāng)C2達(dá)到邏輯門限時(shí)，模擬開關(guān)將C1與2.5V電源和繼電器線圈串行連接，這樣，通過(guò)將繼電器線圈的電壓提升到5V(兩倍于電源電壓)使其導(dǎo)通。隨著C1通過(guò)線圈放電，使線圈電壓降低至2.5V減去D1的管壓降，該電壓仍高于繼電器的釋放電壓(1.5V)，因此繼電器可繼續(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)。

電路中的元件值取決于繼電器的特性和電源電壓，電阻R1能夠保護(hù)模擬開關(guān)免受流過(guò)C1的起始浪涌電流的沖擊，為保證C1迅速充電該電阻阻值應(yīng)該足夠小，同時(shí)，為防止浪涌電流超出模擬開關(guān)所允許的峰值電流，還要保證一定的阻值。U1的峰值電流為400mA，浪涌峰值電流為IPEAK= (VIN - VD1)/(R1 + RON)，其中RON是模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻(典型值為1.2Ω)。C1的大小取決于繼電器的特性和VIN與繼電器吸合電壓之差，如果繼電器需要較大的導(dǎo)通能量則C1取值較大。

R2、C2的選擇要保證在C2電壓達(dá)到模擬開關(guān)的邏輯門限之前C1基本完成其充電過(guò)程。本設(shè)計(jì)中，要求C2R2時(shí)間常數(shù)大約是C1(R1 + RON)的七倍。較大的C2R2會(huì)增大開關(guān)閉合到繼電器啟動(dòng)的延遲時(shí)間。