所有电源系统的主要目的都是维持高水平的持续供电能力，并在出现不可承受状态时，最小化其影响范围和断电时间。功率损耗、电压下降、过电流和过压总会出现，因为我们无法避免自然事件、物理事故、设备故障或者人为误操作。组合使用一些器件，用于保护电气设备免受这些事件的损害，也即“接电装置”。螺线管和继电器是所有接电装置中不可或缺的组成部分。它们通过线圈通电和接触，连接/断开受保护设备的电源。本文为您介绍继电器、电流接触器和阀门中常见的螺线管线圈的一些特性。另外，文章还介绍了一些驱动它们的方法，并说明有效驱动的发展趋势。本文还列举了一些接电装置应用电路的例子。

过电流保护器件（例如：断路器等），用于保护导体不受过电流的损害。设计这些保护器件的目的是，让电路中的电流保持在一个安全水平，以防止电路导体器过热。电流接触器主要用于连接或者断开导体接触电流。它们用于一些频繁或者长期不变的导通-断开连接。

为了保护电路免受强电流的损害，保护性器件必须知道故障状态何时出现，并能自动将电气设备同电源断开。过电流保护器件必须能够区分过电流与短路的区别，并以正确的方式做出反应。可以允许一定时间的小过电流，但是，随着电流量的增加，保护器件必须能够更加迅速地做出响应，例如：迅即阻止短路。

螺线管线圈特性

机电螺线管由一个围绕可移动钢或铁芯（称作“电枢”）的电磁感应线圈绕组组成。该线圈的形状可让电枢移入或移出其中心，从而改变线圈的电感，最终形成电磁（请参见图1）。电枢用于向一些机械装置提供机械力。

图1：螺线管工作原理

螺线管的主要电特性是，它是一种电感器，拥有电感，这是一种对抗电流变化的特性。这就是当螺线管带电时电流不会立即达到最大水平的原因。相反，电流以一种稳定的速率增加，直到其受到螺线管DC电阻的限制为止。电感器（例如：螺线管）以集中磁场的方式存储能量。只要线路或者导体内存在电流，就会在线路周围形成磁场（尽管很小）。把线路绕成一个线圈（例如：螺线管中的线圈）以后，磁场便变得非常集中。通过电信号，电磁可用于控制机械阀门。螺线管一通电，电流便增加，从而使磁场不断扩展，直到其强至能够移动电枢为止。电枢移动会增加磁场的集中度，因为电枢自有磁质量移至更远，进入该磁场。记住，磁场变化的方向与让其形成的电流的方向相同，从而在绕组中引起反向电压。由于电枢运动时磁场迅速扩展，它会使通过螺线管绕组的电流短暂下降。在电枢运动后，电流继续沿其正常路径上升至最大水平。结果如图2中电流波形所示。注意观察电流波形上升过程中的明显下探点。

计算DRV110的IPeak和IHold

DRV110的激活（峰值）电流由线圈的“导通”电阻和继电器要求的拾取电压所决定。最高温度电阻值（RCoil_T(max)）和继电器额定工作电压（Vnom）可用于计算最高温度下要求的IPeak值：

DRV110的保持电流由线圈的“导通”电阻以及避免继电器出现压降所要求的电压决定。为了使继电器不出现压降，制造厂商均在其产品说明书中列出了建议电压值；但是，应为振动和其它意外情况留出一定的余量。许多继电器制造厂商把额定电压的35%作为安全极限。假设这一极限值够用，则可使用RCoil_T(max)值和继电器额定工作电压（Vnom）来计算不同工作温度的IHold值：

接电装置应用举例

如果在规定时间负载超出器件的额定电流，则过载保护会让器件断开电路连接。图8所示保护电路实现通过测量电流和电压来产生激活（EN）信号。（为了简化图8-10，未显示OSC、PEAK、HOLD和KEEP的DRV110引脚连接。）

图8：过载保护

磁接触器需要一个电流通过线圈，以移动该接触器进入关闭或者开启位置。图9显示了使用DRV110的一个接触器系统的RMS电压检测电路实现。

图9：RMS电压检测磁接触器系统

利用DRV110还可以实现欠压和过压保护（图10）。使用两个比较器来测量高低阈值电压。根据每个比较器的输出，SR触发器向DRV110发送一个激活（EN）信号。

图10：欠压和过压保护

结论

使用集成电源调节的节能型螺线管控制器有很多好处。为了实现节能的目的，电流调节是致动器力控制最为精确的方法。由于这种系统不受线圈电阻、电源电压和温度变化的影响，因此无需增加余量。另外，系统可靠性也得到了提高，因为螺线管行为经过了反复优化。最后，还降低了系统成本。由于能量得到精确控制，使用更小、更便宜的线圈，便可轻松获得可以接受的驱动性能。

作者：Sanjay Pithadia

德州仪器 (TI) 高级模拟应用工程师