多個繼電器線圈可由單電源供電,,該電源必須大到足以同時驅(qū)動所有線圈,。另外,,這些繼電器被密集的排布在很小的區(qū)域內(nèi),,設(shè)計時必需考慮線圈的功耗,。繼電器線圈所需的吸合電壓遠高于其保持電壓,。認識到這一點,,就有可能設(shè)計出一種通過減少線圈驅(qū)動電流來節(jié)省能耗的電路。本應(yīng)用筆記討論一種具有內(nèi)置節(jié)電電路的繼電器驅(qū)動器件,,用于降低整個系統(tǒng)的功耗,。
節(jié)電設(shè)計方法
MAX4822/MAX4824繼電器驅(qū)動器具有節(jié)電特性,可在FET先導(dǎo)通一段時間后降低驅(qū)動器電壓,。最初時輸出驅(qū)動器為完全飽和導(dǎo)通的FET,。經(jīng)過一段可調(diào)延時后,F(xiàn)ET上的壓降調(diào)整為寄存器編程值,。該延時可由外部電容設(shè)定(圖1),。
節(jié)電特性能同時降低繼電器線圈功耗和電源功耗。該器件的輸出驅(qū)動器具有ON和OFF兩種狀態(tài),。
ON狀態(tài)具有兩種不同的狀態(tài),,被稱為“啟動狀態(tài)”和“節(jié)電狀態(tài)”。在啟動狀態(tài)時,,輸出FET完全飽和導(dǎo)通,。經(jīng)過由PSAVE引腳端電容設(shè)定的時延后,,器件進入節(jié)電狀態(tài),此時FET上的壓降由控制回路調(diào)節(jié),。
為了說明節(jié)電模式下的節(jié)電原理,,可以對兩種ON模式下的功耗進行比較。假設(shè)繼電器線圈具有100直流電阻,,系統(tǒng)使用5V電源,。圖2給出了由理想電感和電阻RCOIL組成的繼電器線圈模型。
在啟動狀態(tài),,MAX4822/MAX4824輸出電阻最大值為5,。因此功耗可由下式計算:
ICOIL = 5V/105 = 47.6mA
PCOIL = ICOIL2 * RCOIL = 47.6mA2 * 100 = 0.227W
PDRIVER = ICOIL2 * RDRIVER = 47.6mA2 * 5 = 0.011W
PTOTAL_INIT = 0.238W
節(jié)電狀態(tài)下的功耗分析略有不同。必須首先確定線圈功耗,,然后才能確定驅(qū)動器功耗。最后將兩者簡單求和,。
在節(jié)電狀態(tài)下,,F(xiàn)ET輸出端電壓被調(diào)節(jié)為電源電壓的某一百分值,該電壓由內(nèi)置寄存器設(shè)定,。這意味著,,圖2所示電壓VDRIVER由內(nèi)部控制回路調(diào)節(jié)?;氐角懊嫠e例子,,假設(shè)VDRIVER為50% (盡管MAX4822/MAX4824的允許范圍為10%至70%),則線圈的功耗為:
VCOIL = 5V- (50% * 5V) = 2.5V
ICOIL_PS = VCOIL/RCOIL = 2.5V/100 = 0.025A
PCOIL = 2.5V * 25mA = 0.0625W
要計算驅(qū)動器的功耗,,切記其電流與線圈電流一樣:
IDRIVER_PS = 0.025A
VDRIVER = 50% * 5V = 2.5V
PDRIVER = 0.0625W
PTOTAL_PS = 0.125W
SAVINGS = 1 - PTOTAL_PS/PTOTAL_INIT
因此,,在這本例中,和啟動狀態(tài)相比節(jié)電模式減少了約47.5%的功耗,。
以下是計算節(jié)電能力的另一個公式,。注意:一旦電流已知,即獲得了計算節(jié)電能力所需的信息,。
PTOTAL_PS = VCC * ICOIL_PS
PTOTAL_INIT = VCC * IDRIVER_INIT
SAVINGS = 1 - ICOIL_PS/IDRIVER_INIT
該等式解釋了節(jié)電模式為何能節(jié)電:電源電壓保持不變,,但從電源吸取的電流減小了。
可以很容易的創(chuàng)建一個表格來說明MAX4822/MAX4824各設(shè)定值可能的節(jié)電效果,。在該表格中,,VCC = 5V,RDRIVER = 5,,RCOIL = 100,,與前文的例子相同。
可以注意到,,節(jié)電能力隨著驅(qū)動器設(shè)定值增加而升高,。然而,,請務(wù)必注意對于最高設(shè)定值,線圈上的壓降僅有1.5V,,可能不足以使繼電器保持在ON位置,。
結(jié)論
MAX4822/MAX4824繼電器驅(qū)動器的節(jié)電特性可有效降低單穩(wěn)態(tài)繼電器ON狀態(tài)的功耗。在本文的實例中,,總耗電量減小了47.5%,。測試表明節(jié)電量范圍可達5.5%到68.5%,具體數(shù)值取決于所使用的繼電器類型,。該節(jié)電特性還
有助于降低繼電器驅(qū)動電源的尺寸和成本,,是一種實現(xiàn)小型化、廉價系統(tǒng)的方法,。