Снижение мощности, потребляемой реле

Задача снижения мощности, потребляемой реле в статическом режиме, не теряет актуальности для разработчиков электронной аппаратуры. Использование современной элементной базы позволяет разместить на плате компактное устройство управления реле, которое позволяет минимизировать потребляемую им мощность.

На рис. 1 представлена схема, позволяющая осуществлять управление обмоткой электромагнитного реле с номинальным напряжением питания 6 В.


Рис. 1. Схема управления обмоткой реле

 
Для уверенного срабатывания реле сначала к нему прикладывается полное напряжение, а затем оно снижается до напряжения удержания, равного приблизительно 3,3 В. Указанный алгоритм управления позволяет снизить потребляемую реле мощность приблизительно в четыре раза.

Для управления реле используется преобразователь напряжения на переключаемых конденсаторах МАХ1681 [1] производства компании Maxim/Dallas. Этот производитель изготавливает еще одну микросхему той же серии — МАХ1680 [1], отличающуюся лишь некоторыми показателями.

Основные технические параметры микросхемы МАХ1681

Микросхемы МАХ1681 и МАХ1680 могут инвертировать или удваивать входное напряжение. Возможен выбор частоты переключения — 500 кГц/1 МГц для МАХ1681 и 125/250 кГц для МАХ 1680.

Достоинством данных микросхем является возможность использования выходных» входных и переключаемых конденсаторов малой емкости — 1 и 4,7 мкФ для МАХ1681 и МАХ1680 соответственно.

Напряжение питания всего узла (+Uпит) составляет 3,3 В. Преобразователь обеспечивает его инвертирование таким образом, чтобы получить напряжение 6 В, необходимое для включения реле. При подаче низкого напряжения на резистор R1 включается транзистор VT1, что приводит к включению преобразователя и выработке на его выходе OUT напряжения около -3 В относительно общего провода. На реле поступает номинальное питающее напряжение, что приводит к его включению.

Внутренняя частота переключения преобразователя выбрана 1 МГц подключением вывода 1 FSEL к общему проводу, она значительно превышает частоту переключения популярной микросхемы удвоителя/инвертора напряжения ICL7660, равную 10 кГц. Данное обстоятельство позволяет использовать выходные, входные и переключаемые конденсаторы С1—С3 емкостью всего лишь 1,0 мкФ. В качестве этих компонентов можно использовать недорогие керамические конденсаторы 1206YC105MAT2A серии X7R производства компании AVX.

При поступлении на вход микросхемы DA1 напряжения питания начинается заряд конденсатора С4 через резистор R2. Как только на входе SHDN (вывод 7) напряжение превысит уровень лог. 1, преобразователь выключается, но при этом его выход OUT (вывод 5) не переходит в высокоимпедансное состояние, а через внутренний ключ соединяется с общим проводом, обеспечивая в этом состоянии сопротивление менее 5 Ом. Данное обстоятельство позволяет использовать вывод SHDN как ключ, при срабатывании которого напряжение на выходе OUT увеличивается с -3 В относительно общего провода (переключатель работает в режиме инвертора напряжения) до нуля (переключатель находится в выключенном состоянии). В этом состоянии микросхема потребляет ток менее 1 мкА.

При испытании макета устройства и питании его от источника напряжением 3,3 В, измеренная частота переключения составляла 955 кГц. В табл. 1 приведены параметры работы устройства при управлении реле с рабочим напряжением 6 В и сопротивлением обмотки 400, 180 и 90 Ом.

Таблица 1

* Конденсаторы С1—СЗ — обычные танталовые окукленные емкостью 1 мкФ на напряжение 63 В.
** Конденсатор С2 — Sanyo OS-CON 25SC1M с низким последовательным сопротивлением (*350мОм).

Анализ таблицы показывает, что при использовании более качественных компонентов показатели работы преобразователя на переключаемых конденсаторах можно значительно улучшить (повысить напряжение на нагрузке). При проектировании и изготовлении подобных узлов к выбору комплектующих деталей следует подходить с особым вниманием.

Ввиду того, что микросхема МАХ1681 выпускается в малогабаритном корпусе SOIC8, конструкцию можно сделать очень компактной. Для этого рекомендуется использовать следующие компоненты: DA1 — MAX1681ESA; Cl—С3 — PS/L серии PSLP0J475M производства компании NEC-TOKIN (габаритные размеры 2,0x2,5x1,1 мм, ESR = 300 мОм); С4 — KHC500E104M21N0T00 производства компании United Chemi-con (габаритные размеры 2,0x1,25x1,25 мм); Dl, D2 — LL4148 производства компании Fairchild Semiconductor (габаритные размеры 01,4x3,5 мм); VT1 — FMMT717 производства компании ZETEX (корпус SOT23, 1с = 2,5 A, h_FE = 180 (минимум)); Rl, R2 — резисторы для поверхностного монтажа (SMD) типоразмера 0402 или 0603.
С целью еще большего снижения тока, потребляемого по входу биполярным транзистором VT1, его можно заменить (вместе с резистором R1) маломощным р-канальным MOSFET транзистором.
 

Владимир Олейник, г. Королев Московской обл.

ЛИТЕРАТУРА:
1. Даташит MAX1680-MAX1681
2. Журнал Схемотехника №7 2007г

Скачать плату под SMD компоненты