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节电模式降低继电器驱动功耗

发布时间:2017-04-07 责任编辑:wenwei

【导读】本应用笔记讨论具有内置节电电路、能降低总功耗的继电器驱动器MAX4822/MAX4824。在典型应用中,总节电范围能达5.5%至68.5%,具体数值取决于所使用的继电器类型。节电模式还有助于减小继电器驱动电源的尺寸,降低其成本。综合这些因素,可以使整个系统更小型化、更廉价。
 
概述
 
某些设备如电信或者自动测试设备(ATE)常使用多排继电器来几乎无损的切换各种信号。在这些产品中,多个继电器线圈可由单电源供电,该电源必须大到足以同时驱动所有线圈。另外,这些继电器被密集的排布在很小的区域内,设计时必需考虑线圈的功耗。
 
继电器线圈所需的吸合电压远高于其保持电压。认识到这一点,就有可能设计出一种通过减少线圈驱动电流来节省能耗的电路。本应用笔记讨论一种具有内置节电电路的继电器驱动器件,用于降低整个系统的功耗。
 
节电设计方法
 
MAX4822/MAX4824继电器驱动器具有节电特性,可在FET先导通一段时间后降低驱动器电压。最初时输出驱动器为完全饱和导通的FET。经过一段可调延时后,FET上的压降调整为寄存器编程值。该延时可由外部电容设定(图1)。
 
节电模式降低继电器驱动功耗
图1. MAX4822功能框图
 
节电特性能同时降低继电器线圈功耗和电源功耗。该器件的输出驱动器具有ON和OFF两种状态。
 
ON状态具有两种不同的状态,被称为“启动状态”和“节电状态”。在启动状态时,输出FET完全饱和导通。经过由PSAVE引脚端电容设定的时延后,器件进入节电状态,此时FET上的压降由控制回路调节。
 
为了说明节电模式下的节电原理,可以对两种ON模式下的功耗进行比较。假设继电器线圈具有100Ω直流电阻,系统使用5V电源。图2给出了由理想电感和电阻RCOIL组成的继电器线圈模型。
 
节电模式降低继电器驱动功耗
图2. FET驱动继电器线圈的模型。线圈模型由理想电感和电阻RCOIL串联组成。
 
在启动状态,MAX4822/MAX4824输出电阻最大值为5Ω。因此功耗可由下式计算:
 
ICOIL = 5V/105Ω = 47.6mA
 
PCOIL = ICOIL² × RCOIL = 47.6mA² × 100Ω = 0.227W
 
PDRIVER = ICOIL² × RDRIVER = 47.6mA² × 5Ω = 0.011W
 
PTOTAL_INIT = 0.238W
 
节电状态下的功耗分析略有不同。必须首先确定线圈功耗,然后才能确定驱动器功耗。最后将两者简单求和。
 
在节电状态下,FET输出端电压被调节为电源电压的某一百分值,该电压由内置寄存器设定。这意味着,图2所示电压VDRIVER由内部控制回路调节。回到前面所举例子,假设VDRIVER为50% (尽管MAX4822/MAX4824的允许范围为10%至70%),则线圈的功耗为:
 
VCOIL = 5V- (50% × 5V) = 2.5V
 
ICOIL_PS = VCOIL/RCOIL = 2.5V/100Ω = 0.025A
 
PCOIL = 2.5V × 25mA = 0.0625W
 
要计算驱动器的功耗,切记其电流与线圈电流一样:
 
IDRIVER_PS = 0.025A
 
VDRIVER = 50% × 5V = 2.5V
 
PDRIVER = 0.0625W
 
PTOTAL_PS = 0.125W
 
节电率 = 1 - PTOTAL_PS/PTOTAL_INIT
 
因此,在这本例中,和启动状态相比节电模式减少了约47.5%的功耗。
 
以下是计算节电能力的另一个公式。注意:一旦电流已知,即获得了计算节电能力所需的信息。
 
PTOTAL_PS = VCC × ICOIL_PS
 
PTOTAL_INIT = VCC × IDRIVER_INIT
 
节电率 = 1 - ICOIL_PS/IDRIVER_INIT
 
该等式解释了节电模式为何能节电:电源电压保持不变,但从电源吸取的电流减小了。
 
可以很容易的创建一个表格来说明MAX4822/MAX4824各设定值可能的节电效果。在该表格中,VCC = 5V,RDRIVER = 5Ω,RCOIL = 100Ω,与前文的例子相同。
 
节电模式降低继电器驱动功耗
 
可以注意到,节电能力随着驱动器设定值增加而升高。然而,请务必注意对于最高设定值,线圈上的压降仅有1.5V,可能不足以使继电器保持在ON位置。
 
结论
 
MAX4822/MAX4824继电器驱动器的节电特性可有效降低单稳态继电器ON状态的功耗。在本文的实例中,总耗电量减小了47.5%。测试表明节电量范围可达5.5%到68.5%,具体数值取决于所使用的继电器类型。该节电特性还有助于降低继电器驱动电源的尺寸和成本,是一种实现小型化、廉价系统的方法。
 
 
 
 
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