使用继电器和电磁阀节省电力

发布时间: 2023-05-09 16:48:59 电子资讯发布人: 久芯网浏览量: 205

采取特定的设计方法有几个因素，而且它们并不总是独立的。在为电感负载设计驱动器时，一些考虑因素包括尺寸、成本、开关速度、可靠性、功耗和热量。继电器或螺线管等电感负载与简单的电阻或电容负载的不同之处在于，它们需要一定的功率来给负载通电，但一旦通...

采取特定的设计方法有几个因素，而且它们并不总是独立的。在为电感负载设计驱动器时，一些考虑因素包括尺寸、成本、开关速度、可靠性、功耗和热量。继电器或螺线管等电感负载与简单的电阻或电容负载的不同之处在于，它们需要一定的功率来给负载通电，但一旦通电，施加的功率可以减少，负载将保持激活状态。较低电流的另一个好处是，负载去激活所需的时间较少。

我确实在博客中讨论了切换电感负载的一个方面。”反电动势和缓冲器“我敦促你在追随我的脚步时，不要忘记那些冷落者的讨论。无论你是否选择切断电感负载的电源，都会有反电势。

并非所有感应负载数据表都提供了足够的信息来应用以下技术。事实上，在我浏览这个博客时，几乎没有人这样做。然而施拉克RT2继电器系列提供了一个很好的例子。正如你所看到的，在拉电压和继电器之间以及保持继电器激活所需的电压之间存在巨大差异。

图1:RTE24024突出显示。尽管有这些详细信息，但数据表中没有提到绝对最大线圈电压。没有人是完美的！（来源：TE Connectivity）

信息的缺乏意味着，你所做的几乎任何设计都会以“吸一吸，然后再看”的方式开始。一旦你真正确定了要使用的方法和值，就考虑到由于生产扩散、电压变化和温度/湿度变化而产生的变化。如果可能的话，我总是建议使用提供参数的产品。

控制电感负载需要调节线圈两端的电压或修改电流。如果你打算自己动手，这里有一些方法。这些数字是概念性的——BJT的晶体管基极中必须有一个限流电阻器，并且没有指示a中转换触点的电子控制。

图2:直接调整线圈供电电压的基本方法。（来源：作者）

如果您能够控制供应，则可以使用图2A所示的方法。如果你看看下面列出的设计思想，你会发现这是最常见的方法。事实上，其中一个使用第二组触点来反馈触点闭合来切换这种变化。他们通常使用整流和平滑的电源，而不是经过调节的电源。然而，电源电压和变压器制造的变化意味着你必须考虑到大的公差，这对于小批量生产来说可能是可以的（参考文献3是针对洛厄尔天文台的望远镜——我怀疑只有一个），但我会在大规模生产中使用非常大的利润。如果有多个独立的线圈，这也是一种不方便的方法。

图2B显示了一种非常常见的技术。当线圈经由晶体管Q2被激活时，电容器C2充当短路，并且全电压被施加到负载。C2基于电路的时间常数（C2值和线圈电阻）充电，使线圈两端的电压缓慢下降。电压将稳定在由线圈的内部电阻器和R2形成的电阻分压器确定的电压。Paul Rako回顾了Bob Pease的想法，对这种方法进行了广泛的讨论（参考文献5）。虽然简单，但也有一些缺点。通常，电容器往往具有较大的值，并且在部件的公差和温度特性之间，实际时间可能具有相当宽的分布。同样在稳定状态下，存在通过R2耗散的功率。这个电阻器可能需要相当大，并且可能会变热。

如果你有额外的微型输出，那么图2C是对图2B的修改，它将节省对空间浪费和不确定定时电容器的需求，而牺牲另一个晶体管（Q3A）。要激活负载，请同时打开Q3A和Q3B。一旦激活完成（基于时间或闭合触点的确认），Q3B就可以被解除激活。

如今，对于任何需要从数字域转换到模拟域的问题，所提出的解决方案都是低声念一个魔法咒语。现在和我一起唱：“P-W-M”！通过改变开关波形接通的百分比，我们可以调整平均电压，从而调整平均功率。没有额外的电阻器来散热，也没有电容器来浪费空间或打乱时间。

图3：一个相当没有信息的PWM驱动器连接接线图。（来源：作者）

尽管可以创建单独的PWM信号并用启动信号对其进行门控，从而需要两个引脚来控制负载，但如果不假设现代微控制器能够在单个引脚上实现0-100%的PWM，那就太天真了。但如果感应设备制造商提供可靠操作的详细信息，那就太好了。我不确定这种情况有多普遍，但一些制造商喜欢ASCO确实生产设备具体到这个目的，如图4所示。性能有保证——终于！

图4：ASCO HV427246气体截止阀数据表摘录。（来源：ASCO）

到目前为止，我只谈到了电压的控制，但通过控制电流可以达到同样的目的。现在，我可以让你们两个哭（因为其他人都放弃了，离开了），费力地研究由离散组件制成的电流控制器，我只在理论上考虑过这些，但有一个简单的方法。有一些IC这样做！

最直接的是恒流继电器驱动器和双通道电话7241，来自Infineon。他们还有一个六通道设备电话6288，以及另一个设备电话82453用于线性螺线管。乍一看，我不知道什么是线性螺线管，也不知道它与普通螺线管有什么不同，所以我只能等你们中的一个来纠正我的错误（对不起——糟糕的双关语！）

德州仪器公司提供博士120Maxim提供8通道驱动程序最大4822-4825。我还刚刚发现了一家我从未听说过的IC制造商，IC Haus，他生产3节能继电器/电磁阀驱动器.

关于这次讨论的最后几点注意事项：继电器/螺线管的选择也会对功耗产生很大影响。如果您选择闭锁继电器，那么在稳定状态下功率需求将降至零。制造商制造的“敏感”部件需要较少的电流才能激活。

您还需要小心设备上的评级。有些额定为间歇性运行，因此可能不适用于需要降低功率的延长活动。请原谅我，当制造商没有提供数据，然后将结果外推到生产中时，我会反复强调试错的必要性。当心最后一点要注意——一个不明显的副作用是，采用节能方法时，能量可能不足以在高振动/冲击环境中保持继电器/电磁阀的激活。

发布脚本

当我写这个博客的时候，我已经开始使用图4中的设备进行一个项目。在一个宇宙惩罚的案例中，不到两个月，我就在做另一个项目，用一个类似于图5中数据的螺线管。数据中不仅缺少关键事实（如绝对最大电压），Guardian也绝对没有技术支持。我的客户说它是1A电磁阀，最长激活时间为4秒，否则会过热。

这一次没有关于如何对驱动器进行PWM的信息。

图5：Guardian Electric螺线管标记为LT8X16-29.7-24VDC。这是我在Guardian网站上可以找到的接近值。（来源：嘉德电气）

所以我看了看上面写的内容。我打算采用PWM方法，我发现我的描述非常平庸——你将如何准确地确定初始脉冲、保持PWM以及频率。我建议您使用一种可以轻松调整参数的配置——我使用了Cypress PSoC5LP开发套件，该套件上有一个电位计、一堆开关和LED以及大量I/O。

我很幸运，因为螺线管和连接的机构是完全可见的，所以我可以确切地看到发生了什么。

我配置了我的设置，以提供一个脉冲来激活螺线管。我写了一个小程序来读取锅的设置并将其转换为准时。我从大约1秒开始，然后缩回去看看螺线管在哪里停止了拉动，或者至少看起来很犹豫。它出奇地短，低于100毫秒。我将脉冲宽度设置为150毫秒。然后，我将micro配置为以150mS启动脉冲启动，然后转换为PWM。我选择2KHz的频率作为PWM信号。我重新编写了程序，根据锅的位置调整PWM设置。然后我试着激活电磁阀，每次尝试都会缩小PWM，看看它从哪里开始脱落。事实证明，驱动晶体管的速度是限制因素，它无法保持在低于10%的速度，因此限制实际上是10%的PWM。（见图6）

图6:micro的PWM显示在上迹线上，驱动晶体管的输出显示在下迹线上。PWM约为8%，您可以看到，由于驱动器的响应，输出轨迹更有效。（来源：作者）

在2千赫兹时，可以听到呜呜声。我把频率提高到了4KHz，但司机又一次挣扎了，所以又回到了2KHz。我认为这在申请中并不重要，但时间会证明一切。

所以总的来说，我得到了150mS的启动脉冲，2KHz的PWM信号和10%的PWM。电流从约800mA下降到76mA。不错！

相关项目和参考文献：

驱动器在通电继电器中省电
简单电路降低继电器线圈功率
简单的电磁驱动器适应性强，效率高
使用复位控制器IC降低继电器线圈电流
这些电磁阀驱动器的东西是什么？
直流继电器线圈功率降低选项（向下滚动查找链接）
正确的线圈驱动对良好的继电器和接触器性能至关重要（向下滚动查找链接）

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