节电模式降低继电器驱动功耗

摘要：本应用笔记讨论具有内置节电威廉希尔官方网站 、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威廉希尔官方网站 。本应用笔记讨论一种具有内置节电威廉希尔官方网站 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)。


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。


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。

Driver Setting (n)	VDRIVER	VCOIL	Savings (%)
10%	0.50	4.50	5.5
20%	1.00	4.00	16.0
30%	1.50	3.50	26.5
40%	2.00	3.00	37.0
50%	2.50	2.50	47.5
60%	3.00	2.00	58.0
70%	3.50	1.50	68.5

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。