Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2016
Peter Baxter
EDN
В этой статье показано, как, используя в драйвере катушки реле микросхему супервизора питания ценой 63 цента, можно намного снизить ток удержания.
На вопрос о токе катушки реле Omron G5V-2 с двумя группами переключающих контактов большинство дает ответ порядка 25 мА. Реальные измерения показывают 100 мА. Однако после переключения для удержания большинства реле достаточно тока, не превышающего 5% от тока включения. Даже показанное в примере ниже миниатюрное переключающее реле Omron G5V-1 имеет ток катушки 30 мА при напряжении 5 В.
Разработано огромное количество схем, предназначенных для снижения тока удержания. Часть из них основана на дискретных компонентах, причем в качестве времязадающих элементов используются электролитические конденсаторы большой емкости. Удивительно, но предлагаемое здесь решение нигде ранее не описывалось.
Использование двух линий порта ввода/вывода
Использование двух выходов для управления одним реле, если такая возможность имеется, будет самым разумным подходом. При этом одна линия порта ввода/вывода включает реле, а вторая его удерживает (Рисунок 1). Сначала на выходах обоих портов устанавливают высокий уровень, а спустя 20 мс сигнал «ВКЛЮЧЕНИЕ» возвращают обратно в низкий уровень, оставив «УДЕРЖАНИЕ» высоким до тех пор, пока не потребуется включить реле.
 |
|
| Рисунок 1. | Самый простой подход: для снижения тока катушки реле используется второй выход порта ввода/вывода. |
Между коллектором транзистора Q2 и катушкой реле включается устройство для ограничения тока и напряжения, такое как резистор, стабилитрон или цепочка диодов. Эти компоненты рассеивают очень небольшую мощность – обычно от 10 мВт до 25 мВт.
Использование супервизора питания
Часто остается доступной лишь одна линия управления. Решение для такого варианта может основываться на ждущем мультивибраторе (Рисунок 2).
 |
|
| Рисунок 2. | Для формирования импульса тока можно использовать микросхему с активным высоким уровнем. Хорошо работают со многими реле приборы MCP101 и ZVN3306F. одходят и аналогичные устройства, например, MAX810. |
Для этой цели идеально подходят супервизоры сброса микроконтроллера в маленьких корпусах SOT-23. Компоненты с активным низким уровнем, если они имеют открытый сток, способны пропускать достаточный ток и выдержать необходимое напряжение, могут использоваться для управления реле непосредственно. В противном случае потребуется супервизор с низким активным уровнем и транзистор между супервизором и катушкой реле.
Некоторые соображения
Весь ток, необходимый для управления биполярными транзисторами и MOSFET, забирается из линий управления. Поэтому, чтобы не допустить проседания высокого уровня входного напряжения, базовый ток n-p-n транзистора должен быть достаточно низким. Если управляющее напряжение не сможет достичь порога включения супервизора, импульс сброса не сформируется. Выполнить конструктивные требования будет проще, воспользовавшись микросхемой супервизора, которая может питаться напряжением существенно более высоким, чем порог срабатывания.
В большинстве случаев указанное в справочных данных время включения реле не превышает 10 мс. Многие микросхемы супервизоров питания для микропроцессоров генерируют импульсы длительностью 100 мс или больше, что для нашего случая не является проблемой, если, конечно, вы не ставите перед собой цель абсолютной минимизации потребления мощности.
Светодиоды статуса
На этапе отработки прототипа схемы может оказаться полезным подключить к определенным узлам светодиоды, чтобы программист мог немедленно увидеть, что программа активировала схему (Рисунок 3). Это сократит количество необходимых измерений, выполняемых с помощью осциллографа.
 |
|
| Рисунок 3. | Если вы захотите добавить статусные светодиоды, расположите их по обе стороны от устройства ограничения тока и напряжения. |
Хотя изготовители часто не сообщают, могут ли их светодиоды работать при токах 1 мА и менее, многие приборы светятся вполне нормально. Наиболее подходящими с этой точки зрения являются более миниатюрные светодиоды, например, в корпусах типоразмера 0402. Можно предположить, что при токе 1 мА будут работать приборы, перечисленные в Таблице 1, хотя на практике это не проверялось.
| Таблица 1. | Слаботочные светодиоды | ||||||||||||
|
|||||||||||||
А что, если превратить их в коммерческие компоненты?
Я думаю, что если немного доработать микросхему супервизора питания, такой драйвер реле пользовался бы коммерческим успехом (Рисунок 4). В конце концов, использовать реле и управлять ими мы будем еще долго.
 |
|
| Рисунок 4. | Реализация этой конструкции в виде коммерческой микросхемы могла бы иметь успех на рынке. |
Купить MCP101 на РадиоЛоцман.Цены
