用復(fù)位控制器IC減小繼電器線圈電流

本設(shè)計(jì)實(shí)例顯示了如何在一個(gè)繼電器線圈驅(qū)動(dòng)電路中用一個(gè)63￠(Q=1)微處理器復(fù)位電壓檢測(cè)器IC來顯著減小線圈的保持電流。

如果問一個(gè)小型歐姆龍G5V-2雙刀雙擲繼電器的線圈電流大約是多少，大多數(shù)人會(huì)估計(jì)在25mA左右，而實(shí)測(cè)電流卻為100mA。然而一旦繼電器動(dòng)作后，大部分繼電器需要的保持電流僅為吸合電流的5%。即使是下面例子中給出的微型歐姆龍G5V-1單刀雙擲繼電器，在5V工作時(shí)的線圈電流也有30mA。

市場(chǎng)上有大量用于減小保持電流的成熟電路。許多設(shè)計(jì)是基于離散的元器件，利用大容量的電解電容進(jìn)行時(shí)序控制。出人意料的是，本文介紹的方法在其他地方?jīng)]有被提及過。

使用兩根I/O端口線

圖1：一個(gè)非常簡(jiǎn)單的方法：用第二個(gè)I/O端口線來開關(guān)較小的驅(qū)動(dòng)電流

如果可以的話，用兩個(gè)輸出來控制一個(gè)繼電器將會(huì)是最合理的方法：用其中一個(gè)I/O端口使繼電器吸合，用另一個(gè)I/O端口使繼電器保持吸合。首先將兩個(gè)端口都置為高電平，但在約20ms后，將吸合(PULL-IN)信號(hào)返回低電平，而將保持(HOLD)信號(hào)處于高電平，直到需要釋放繼電器時(shí)為止。

在HOLD晶體管的集電極和繼電器線圈之間是一個(gè)限流/降壓元件，如電阻、穩(wěn)壓二極管或者是二極管串。這些元器件的耗散功率都很小(在10mW至25mW之間)。

使用復(fù)位電壓檢測(cè)器

一般情況下只有一根控制線可用。這里是一個(gè)理想的吸合脈沖(單穩(wěn)態(tài))解決方案。

圖2：用一個(gè)高電平有效的復(fù)位芯片來產(chǎn)生吸合電流脈沖，MCP101和ZVN3306F可以很好地與各種繼電器一起使用;類似的器件也可以很好地工作(如MAX810)

小型SOT-23微處理器(μP)復(fù)位控制器比較理想。低電平有效輸出元件在漏極開路時(shí)可以直接使用，能夠吸入足夠的電流，并能承受繼電器電壓。其他情況下，建議用高電平有效輸出芯片來驅(qū)動(dòng)晶體管。

幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

驅(qū)動(dòng)MOSFET和雙極型晶體管的所有電流來自控制線。因此，要盡量保持NPN基極電流足夠小，以防止高電平時(shí)的電壓跌落。如果控制電壓達(dá)不到電壓檢測(cè)器的閾值電平，復(fù)位脈沖不會(huì)產(chǎn)生。用一個(gè)工作電壓可以比閾值電平高很多的復(fù)位IC可以很容易滿足設(shè)計(jì)需求。

大多數(shù)繼電器的數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示吸合時(shí)間不超過10ms。很多微處理器復(fù)位芯片可產(chǎn)生一個(gè)100ms或者更長(zhǎng)的脈沖，如果沒有最小功耗的限制要求，這樣做沒有任何問題。

LED狀態(tài)指示

在用平臺(tái)概念開發(fā)原型時(shí)，在一些特殊節(jié)點(diǎn)加上LED是很有效的——可以幫助軟件開發(fā)人員快速發(fā)現(xiàn)代碼是否激活了電路。這能減少用示波器探測(cè)這些點(diǎn)的需求。

圖3：如果包含LED狀態(tài)指示，那就將它們放在限流/降壓器件的兩側(cè)

LED制造商經(jīng)常不詳細(xì)說明他們的LED是否能在1mA或更低電流下正常工作，然而許多LED是可以的。較小尺寸的(如0402封裝)LED通常是理想的選擇。下面推薦一些1mA系列的LED——但是沒有驗(yàn)證過。

表1，小電流LED

這個(gè)元件能買到嗎?

圖4：能實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)的商用IC將很受市場(chǎng)的歡迎

用一個(gè)稍加擴(kuò)展的復(fù)位IC就能實(shí)現(xiàn)單芯片繼電器驅(qū)動(dòng)解決方案，而且我認(rèn)為它將成為非常成功的商用器件。畢竟，我們還要在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)驅(qū)動(dòng)繼電器工作。