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" target="_blank">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器件，用于降低整個系統的功耗。

節電設計方法

        MAX4822/MAX4824繼電器驅動器具有節電特性，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，FET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。

        ON狀態具有兩種不同的狀態，被稱為“啟動狀態”和“節電狀態”。在啟動狀態時，輸出FET完全飽和導通。經過由PSAVE引腳端電容設定的時延后，器件進入節電狀態，此時FET上的壓降由控制回路調節。

        為了說明節電模式下的節電原理，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串聯組成。

        在啟動狀態，MAX4822/MAX4824輸出電阻最大值為5。因此功耗可由下式計算：

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。

        在節電狀態下，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，圖2所示電壓VDRIVER由內部控制回路調節。回到前面所舉例子，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/100 = 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

SAVINGS = 1 - PTOTAL_PS/PTOTAL_INIT

因此，在這本例中，和啟動狀態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。

        可以很容易的創建一個表格來說明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。

        可以注意到，節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繼電器驅動器的節電特性可有效降低單穩態繼電器ON狀態的功耗。在本文的實例中，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型。該節電特性還有助于降低繼電器驅動電源的尺寸和成本，是一種實現小型化、廉價系統的方法。