Ini menjadi jawaban yang cukup panjang, tetapi saya menambahkan banyak gambar cantik, yang seharusnya membuat Anda tidak tertidur ;-)
Saya mengetahui relay bistable, dan mereka adalah penabung besar, tetapi di sini saya akan membahas solusi yang berbeda untuk relai non-latch yang sama, jika Anda tidak ingin menggunakan relay latching. Misalnya, untuk umpan balik, atau alasan drive yang lebih rumit. (Salah satu cara untuk mendapatkan umpan balik adalah dengan menggunakan satu kontak relai kutub ganda, tetapi kemudian Anda menguranginya menjadi relai kutub tunggal. Ada tiga relai kutub, tetapi mahal.)
Bagaimanapun, ini adalah masalah umum Anda, astable berbiaya rendah menyampaikan. Saya akan menggunakan relay ini untuk referensi.
Seri resistor
Cara murah dan sederhana untuk mengurangi daya, dan berlaku untuk sebagian besar relay. Carilah voltase yang harus dioperasikan dalam datasheet, kadang-kadang disebut "pull-in voltage". Untuk versi standar 12 V dari relai di atas adalah 8,4 V. Itu berarti relai 12 V juga akan berfungsi jika Anda menerapkan minimum 8,4 V untuk itu. Alasan untuk margin lebar ini adalah bahwa 12 V untuk relay sering tidak diatur, dan dapat bervariasi, misalnya dengan toleransi tegangan listrik. Periksa margin pada 12 V sebelum melakukan ini.
Mari kita menjaga margin dan pergi untuk 9 V. Relai memiliki resistansi kumparan 360 Ω, maka resistor seri 120 will akan menyebabkan penurunan 3 V, dan 9 V tersisa untuk relai. Disipasi daya adalah 300 mW, bukan 400 mW, penghematan daya 25%, hanya dengan resistor seri.
Dalam grafik ini dan lainnya, kekuatan solusi umum ditunjukkan dengan warna biru, dinormalisasi untuk input 12 V, dan solusi kami yang ditingkatkan dalam warna ungu. Sumbu x menunjukkan tegangan input.
Regulator LDO
Dengan resistor seri penghematan daya adalah konstan 25%, rasio resistor kami. Jika tegangan naik, daya akan naik secara kuadrat. Tetapi jika kita dapat menjaga voltase relai konstan, independen dari voltase catu daya kita, daya hanya akan naik secara linear dengan meningkatnya voltase input. Kita dapat melakukan ini dengan menggunakan 9 V LDO untuk menyalakan relay. Perhatikan bahwa dibandingkan dengan resistor seri, ini menghemat lebih banyak daya pada tegangan input yang lebih tinggi, tetapi lebih sedikit jika tegangan input turun di bawah 12 V.
Penghematan daya: 25%.
Relai sensitif
Ini adalah cara paling sederhana untuk mengurangi daya secara drastis: gunakan relai versi sensitif. Relay kami tersedia dalam versi standar yang membutuhkan 400 mW, dan versi sensitif yang puas dengan setengahnya.
Jadi mengapa tidak selalu menggunakan relay sensitif? Pertama, tidak semua relay datang dalam tipe sensitif, dan ketika mereka melakukannya mereka sering memiliki batasan, seperti tidak ada kontak pergantian (CO), atau arus switching yang terbatas. Mereka juga lebih mahal. Tetapi jika Anda dapat menemukan satu yang sesuai dengan aplikasi Anda, saya pasti akan mempertimbangkannya.
Hemat daya: 50%.
12 V relay pada 5 V
Di sini kita sampai ke Real Savings ™. Pertama kita harus menjelaskan operasi 5 V. Kita sudah melihat bahwa kita dapat mengoperasikan relai pada 9 V, karena "harus beroperasi tegangan" adalah 8,4 V. Tapi 5 V jauh lebih rendah dari itu, sehingga tidak akan mengaktifkan relai. Tampaknya, "voltase yang harus dioperasikan" hanya diperlukan untuk mengaktifkan relai; setelah diaktifkan itu akan tetap aktif bahkan pada tegangan yang jauh lebih rendah. Anda dapat dengan mudah mencoba ini. Buka relai dan tempatkan 5 V di koil, dan Anda akan melihatnya tidak aktif. Sekarang tutup kontak dengan ujung pensil dan Anda akan melihat bahwa itu tetap tertutup. Besar.
Ada satu hal: bagaimana kita tahu ini akan berfungsi untuk relay kita? Itu tidak menyebutkan 5 V di mana saja. Yang kita butuhkan adalah "hold voltage" relai, yang memberikan tegangan minimum untuk tetap diaktifkan, dan sayangnya itu sering dihilangkan dalam lembar data. Jadi kita harus menggunakan parameter lain: "harus melepaskan tegangan". Itulah tegangan maksimum di mana relai dijamin akan mati. Untuk relay 12 V kami yang 0,6 V, yang sangat rendah. "Hold voltage" biasanya hanya sedikit lebih tinggi, seperti 1,5 V atau 2 V. Dalam banyak kasus 5 V sepadan dengan risikonya. Tidak jika Anda ingin menjalankan produksi perangkat 10k / tahun tanpa berkonsultasi dengan pabrikan relay; Anda mungkin memiliki banyak pengembalian.
Jadi kita hanya perlu tegangan tinggi untuk waktu yang sangat singkat, dan kemudian kita bisa puas dengan 5 V. Ini dapat dengan mudah dicapai dengan rangkaian RC paralel dalam seri dengan relay. Ketika relai dinyalakan kapasitor dilepaskan dan oleh karena itu hubung singkat resistor paralel, sehingga 12 V penuh berada di seluruh koil dan dapat diaktifkan. Kapasitor kemudian diisi dan akan ada penurunan tegangan pada resistor yang mengurangi arus.
Ini seperti pada contoh pertama kami, hanya kemudian kami pergi untuk tegangan kumparan 9 V, sekarang kami ingin 5 V. Kalkulator! 5 V di seluruh koil 360 Ω adalah 13.9 mA, maka resistor harus (12 V - 5 V) /13.9 mA = 500 Ω. Sebelum kita dapat menemukan nilai untuk kapasitor kita harus berkonsultasi dengan lembar data sekali lagi: waktu operasi maksimum adalah 10 ms maksimum. Itu berarti kapasitor harus mengisi cukup lambat untuk masih memiliki 8,4 V di seluruh kumparan setelah 10 ms. Beginilah seharusnya tegangan koil dari waktu ke waktu:
Nilai R untuk konstanta waktu RC adalah 500 Ω paralel dengan 360 coil koil, karena Thévenin. Itu 209 Ω. Persamaan grafik adalah
VCO sayaL.= 5 V+ 7 V⋅ e- tR C
VCHAIsayaL.tRC
Jadi dalam kondisi mantap kami memiliki resistansi 860 instead, bukan 360 Ω. Kami menghemat 58% .
Relai 12 V pada 5 V, reprise
Solusi berikut memberi kita penghematan yang sama pada 12 V, tetapi dengan regulator tegangan kita akan menjaga tegangan pada 5 V, bahkan jika tegangan input akan meningkat.
Apa yang terjadi ketika kita menutup sakelar? C1 dengan cepat dibebankan ke 4.3 V melalui D1 dan R1. Pada saat yang sama C2 dibebankan melalui R2. Ketika ambang sakelar analog tercapai, sakelar di IC1 akan berganti, dan kutub negatif C1 akan terhubung ke +5 V, sehingga kutub positif beralih ke 9.3 V. Cukup untuk relai untuk mengaktifkan, dan setelah C1 dilepaskan, estafet ditenagai oleh 5 V hingga D1.
Jadi, apa keuntungan kita? Kami memiliki 5 V / 360 Ω = 14 mA melalui relai, dan berasal dari 12 V melalui LM7805 atau sejenisnya yang 167 mW, bukan 400 mW.
Hemat daya: 58%.
Relai 12 V pada 5 V, reprise 2
Kita dapat melakukan lebih baik lagi dengan menggunakan SMPS untuk mendapatkan 5 V dari catu daya 12 V. Kami akan menggunakan sirkuit yang sama dengan sakelar analog, tetapi kami akan menghemat lebih banyak. Pada SMPS efisien 90% kami memiliki penghematan daya 80% (!) .
(grafik dibuat dengan Mathematica)