模拟开关降低继电器功耗

设计思路概述了使用模拟开关和分立元件来降低继电器驱动功耗的方法。

继电器通常用作电控开关。与晶体管不同，它们的开关触点与控制输入电气隔离。另一方面，继电器线圈的功耗对于电池供电应用可能没有吸引力。您可以通过添加允许继电器在较低电压下工作的模拟开关来降低此耗散（图 1）。

图1.模拟开关可降低继电器功耗。

继电器线圈消耗的功率等于 V2/R线圈.该电路通过施加低于正常工作电压5V来降低这种耗散（致动后）。请注意，打开继电器所需的电压（拾取电压）大于保持继电器打开所需的电压（压差）。所示继电器具有 3.5V 拾取电压和 1.5V 压差，但该电路允许其采用 2.5V 中间电源电压工作。表1比较了继电器的功耗与两端的固定工作电压以及图1电路的功耗。

 

电压	当前	总功耗
5V （正常工作电压）	90毫安	450毫瓦
3.5V （拾取电压）	63毫安	221毫瓦
2.5V（图1电路）	45毫安	112毫瓦

 

当您关闭SW1时，电流在继电器线圈中流动，C1和C2开始充电。继电器保持非活动状态，因为电源电压小于其拾取电压。RC时间常数使得C1在C2两端的电压达到模拟开关的逻辑阈值之前几乎完全充电。当C2达到该阈值时，模拟开关将C1与2.5V电源和继电器线圈串联。此操作通过将线圈两端的电压升压至 5V（电源电压的两倍）来打开继电器。当C1通过线圈放电时，线圈电压回落至2.5V减去D1两端的压降，但继电器保持导通，因为该电压高于继电器的压差电压（1.5V）。

该电路的元件值取决于继电器特性和电源电压。R1的值应足够小，以保护模拟开关免受初始电流浪涌到C1的影响，该值应足够小，以允许C1快速充电，但又应足够大，以防止浪涌电流超过模拟开关指定的峰值电流。U1的峰值电流为400mA，峰值浪涌电流为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的值取决于继电器特性以及VIN与继电器拾取电压之间的差异。需要更多导通能量的继电器需要更大的C1值。

选择R2和C2的值，允许C1在C2的电压达到模拟开关的逻辑阈值之前几乎完全充电。在这种情况下，时间常数 C2R2 约为 C1（R1 + R上).较大的 C2R2 值会增加开关闭合和继电器激活之间的延迟。

审核编辑：郭婷