电流继电器如何让你的继电器不浪费电？

虽然继电器在运行中消耗了大量的功率，但它仍然是设计工程师宝库中最有用的部件之一。这个弱点可以通过一些非静态驱动器和特殊的ic来克服。

说实话，我又爱又恨继电器。这类机电元件(你可以把它们想象成有源或无源元件)是电子工程工具套件中最早的元件之一；虽然有固态继电器(SSR)和光耦合器(光隔离器)等替代元件在某些情况下可以代替继电器，但继电器在许多情况下仍然是最佳或唯一的解决方案。

为什么不可以？没错，继电器是“老式”的，或许没有多少新手工程师给予应有的尊重或考虑，但市场上有无数规格极其广泛的继电器型号，证明了它们的价值。我相信每年都有几百万个继电器售出(我们还没有考虑射频继电器)。

面对现实吧:继电器使用方便，尺寸可调，输入线圈和输出触点可以有完全不同的额定值(包括电流、电压、交流、DC)；触点很大程度上不挑信号；触点容易“浮动”(不接地)；触点配置可根据具体情况改变，包括常开(NO)、常闭(NC)、同时NO和NC；有几种独立的电杆和各种安装方法，但这只是几个例子。

另一个主要优点是线圈驱动侧的电路与触点闭合侧绝对隔离。简而言之，继电器可以做很多事情，但不会出现头痛或意外情况。另外，如果在规格范围内使用，一个优质继电器的使用寿命超过一百万倍，有什么问题吗？

其实继电器确实有一个缺点，就是它固有的物理缺陷:功耗大——它的“近亲”螺线管也有这个缺陷。作为基于磁场能量的元件，它需要电流来激励线圈，而电流意味着功耗(这显然是一种浪费)和发热(这将产生严重的后果)。

幸运的是，有一些方法可以解决这个问题。首先，我们需要知道继电器的“保持”电流通常是其吸合电流的一半左右。有鉴于此，很多聪明人都想出了在RC定时电路、老555定时器等其他电路上施加电容的想法，从而将继电器电流从其较高的吸合值切换到其较低的保持值。这些解决方案虽然要付出一定的代价，但都是值得的，让我们摆脱过去那种简单的“上电之后就不管了”，从而减少不必要的功耗。

图1:驱动继电器最直接最明显的方式是施加通断电压(情况1)，但这样会浪费电；更好的方法是使用处理器驱动的PWM信号(情况2)，甚至专用IC也可以完全控制继电器的运行(情况3)。

比如可以采用可变占空比空比的PWM设计方案，这是降低功耗的常用技巧，如图1(案例2)；随着空比值的降低，平均功耗也会降低。“撇步”就是不管空的比值如何，都要保持足够高的脉冲率，这样继电器的时间常数就可以平均电流和合力。鉴于继电器是机电元件，原则上产生这么高重复率的PWM信号不是问题，但实际上会给微控制器带来负担。

IC供应商知道这一点，也知道继电器是一个很好的机会。这就是为什么该应用有专门的IC，如德州仪器(ti)的DRV110PWM电流控制器，它可以降低微控制器的负载(图1中的情况3)，并允许用户设置初始启动电流、达到峰值电流的时间、保持电流和其他参数。

由于电路设计中不可避免的高温问题，分别控制启动电流和保持电流非常重要。当继电器线圈的温度由于施加的电流而升高时，铜绕组的电阻会显著增加，如图2所示。