節電模式降低繼電器驅動(dòng)功耗

概述

某些設備如電信或者自動(dòng)測試設備(ATE)常使用多排繼電器來(lái)幾乎無(wú)損的切換各種信號。在這些產(chǎn)品中，多個(gè)繼電器線(xiàn)圈可由單電源供電，該電源必須大到足以同時(shí)驅動(dòng)所有線(xiàn)圈。另外，這些繼電器被密集的排布在很小的區域內，設計時(shí)必需考慮線(xiàn)圈的功耗。繼電器線(xiàn)圈所需的吸合電壓遠高于其保持電壓。認識到這一點(diǎn)，就有可能設計出一種通過(guò)減少線(xiàn)圈驅動(dòng)電流來(lái)節省能耗的電路。本應用筆記討論一種具有內置節電電路的繼電器驅動(dòng)器件，用于降低整個(gè)系統的功耗。

節電設計方法

MAX4822/MAX4824繼電器驅動(dòng)器具有節電特性，可在FET先導通一段時(shí)間后降低驅動(dòng)器電壓。最初時(shí)輸出驅動(dòng)器為完全飽和導通的FET。經(jīng)過(guò)一段可調延時(shí)后，FET上的壓降調整為寄存器編程值。該延時(shí)可由外部電容設定(圖1)。

ON狀態(tài)具有兩種不同的狀態(tài)，被稱(chēng)為“啟動(dòng)狀態(tài)”和“節電狀態(tài)”。在啟動(dòng)狀態(tài)時(shí)，輸出FET完全飽和導通。經(jīng)過(guò)由PSAVE引腳端電容設定的時(shí)延后，器件進(jìn)入節電狀態(tài)，此時(shí)FET上的壓降由控制回路調節。

為了說(shuō)明節電模式下的節電原理，可以對兩種ON模式下的功耗進(jìn)行比較。假設繼電器線(xiàn)圈具有100直流電阻，系統使用5V電源。圖2給出了由理想電感和電阻RCOIL組成的繼電器線(xiàn)圈模型。

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

節電狀態(tài)下的功耗分析略有不同。必須首先確定線(xiàn)圈功耗，然后才能確定驅動(dòng)器功耗。最后將兩者簡(jiǎn)單求和。

在節電狀態(tài)下，FET輸出端電壓被調節為電源電壓的某一百分值，該電壓由內置寄存器設定。這意味著(zhù)，圖2所示電壓VDRIVER由內部控制回路調節?；氐角懊嫠e例子，假設VDRIVER為50% (盡管MAX4822/MAX4824的允許范圍為10%至70%)，則線(xiàn)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

要計算驅動(dòng)器的功耗，切記其電流與線(xiàn)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(dòng)狀態(tài)相比節電模式減少了約47.5%的功耗。

以下是計算節電能力的另一個(gè)公式。注意：一旦電流已知，即獲得了計算節電能力所需的信息。

PTOTAL_PS = VCC * ICOIL_PS
PTOTAL_INIT = VCC * IDRIVER_INIT

SAVINGS = 1 - ICOIL_PS/IDRIVER_INIT

該等式解釋了節電模式為何能節電：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(gè)表格來(lái)說(shuō)明MAX4822/MAX4824各設定值可能的節電效果。在該表格中，VCC = 5V，RDRIVER = 5，RCOIL = 100，與前文的例子相同。

結論

MAX4822/MAX4824繼電器驅動(dòng)器的節電特性可有效降低單穩態(tài)繼電器ON狀態(tài)的功耗。在本文的實(shí)例中，總耗電量減小了47.5%。測試表明節電量范圍可達5.5%到68.5%，具體數值取決于所使用的繼電器類(lèi)型。該節電特性還有助于降低繼電器驅動(dòng)電源的尺寸和成本，是一種實(shí)現小型化、廉價(jià)系統的方法。