【導讀】本應用筆記討論具有內置節(jié)電電路、能降低總功耗的繼電器驅動器MAX4822/MAX4824。在典型應用中，總節(jié)電范圍能達5.5%至68.5%，具體數值取決于所使用的繼電器類型。節(jié)電模式還有助于減小繼電器驅動電源的尺寸，降低其成本。綜合這些因素，可以使整個系統(tǒng)更小型化、更廉價。
概述
某些設備如電信或者自動測試設備(ATE)常使用多排繼電器來幾乎無損的切換各種信號。在這些產品中，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，設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，就有可能設計出一種通過減少線圈驅動電流來節(jié)省能耗的電路。本應用筆記討論一種具有內置節(jié)電電路的繼電器驅動器件，用于降低整個系統(tǒng)的功耗。
節(jié)電設計方法
MAX4822/MAX4824繼電器驅動器具有節(jié)電特性，可在FET先導通一段時間后降低驅動器電壓。最初時輸出驅動器為完全飽和導通的FET。經過一段可調延時后，F(xiàn)ET上的壓降調整為寄存器編程值。該延時可由外部電容設定(圖1)。
圖1. MAX4822功能框圖
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完全飽和導通。經過由PSAVE引腳端電容設定的時延后，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。假設繼電器線圈具有100Ω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。
圖2. FET驅動繼電器線圈的模型。線圈模型由理想電感和電阻RCOIL串聯(lián)組成。
在啟動狀態(tài)，MAX4822/MAX4824輸出電阻最大值為5Ω。因此功耗可由下式計算：
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
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輸出端電壓被調節(jié)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，圖2所示電壓VDRIVER由內部控制回路調節(jié)?；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%)，則線圈的功耗為：
VCOIL = 5V- (50% × 5V) = 2.5V
ICOIL_PS = VCOIL/RCOIL = 2.5V/100Ω = 0.025A
PCOIL = 2.5V × 25mA = 0.0625W
要計算驅動器的功耗，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
節(jié)電率 = 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
節(jié)電率 = 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各設定值可能的節(jié)電效果。在該表格中，VCC = 5V，RDRIVER = 5Ω，RCOIL = 100Ω，與前文的例子相同。
可以注意到，節(jié)電能力隨著驅動器設定值增加而升高。然而，請務必注意對于最高設定值，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。
結論
MAX4822/MAX4824繼電器驅動器的節(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。
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