利用模拟开关降低继电器的功耗

摘要：本文给出了一种利用模拟开关和分立元件降低继电器功耗的方法。 继电器常被用作电子控制开关，与晶体管不同的是开关触点与控制输入是电隔离的。另一方面，继电器线圈的功耗对于电池供电产品而言是一个缺憾，通过增加一个模拟开关可降低线圈损耗、并允许继电器工作在较低的电压(图1)。 图1. 利用模拟开关降低继电器的功耗 继电器线圈的功耗为V²/RCOIL，降低其标称的5V供电电压可减小相应的功耗(导通后)，需要注意的是控制继电器导通的电压(吸合电压)高于保持其导通状态的电压(释放电压)，图中所示继电器的吸合电压为3.5V、释放电压为1.5V，本设计中则允许其工作在2.5V的中间值。表1对比了继电器在固定工作电压，以及采用图1电路替代后的功耗。 表1. 继电器功耗 Voltage Current Total Power Dissipation 5V (normal operating voltage) 90mA 450mW 3.5V (pick-up voltage) 63mA 221mW 2.5V (circuit of Figure 1) 45mA 112mW 闭合SW1，电流流过继电器线圈，C1、C2开始充电，由于电源电压低于吸合电压，继电器保持释放状态。RC时间常数保证C2上的电压达到模拟开关的逻辑门限之前C1的充电过程基本完成。当C2达到逻辑门限时，模拟开关将C1与2.5V电源和继电器线圈串行连接，这样，通过将继电器线圈的电压提升到5V (两倍于电源电压)使其导通。随着C1通过线圈放电，使线圈电压降低至2.5V减去D1的管压降，该电压仍高于继电器的释放电压(1.5V)，因此继电器可继续保持导通状态。 电路中的元件值取决于继电器的特性和电源电压，电阻R1能够保护模拟开关免受流过C1的起始浪涌电流的冲击，为保证C1迅速充电该电阻阻值应该足够小，同时，为防止浪涌电流超出模拟开关所允许的峰值电流，还要保证一定的阻值。U1的峰值电流为400mA，浪涌峰值电流为IPEAK = (VIN - VD1)/(R1 + RON)，其中RON是模拟开关的导通电阻(典型值为1.2Ω)。C1的大小取决于继电器的特性和VIN与继电器吸合电压之差，如果继电器需要较大的导通能量则C1取值较大。 R2、C2的选择要保证在C2电压达到模拟开关的逻辑门限之前C1基本完成其充电过程。本设计中，要求C2R2时间常数大约是C1(R1 + RON)的七倍。较大的C2R2会增大开关闭合到继电器启动的延迟时间。

 

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