Miro Oljaca and Tattiana Davenport共同撰寫
如果您在我之前的博文“咔嚓！噼啪！您的恒溫器出現(xiàn)什么故障？”中讀到一個(gè)恒溫器和一個(gè)暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)之間如何相互作用的話，您會(huì)了解到恒溫器如何控制暖通空調(diào)負(fù)荷。但是，恒溫器在何處獲得操作電源，以及您如何讓它變得更有效率呢？
有兩種電源可供恒溫器使用：電池和24VAC電源。恒溫器需要電池供電不中斷運(yùn)行。非常重要的一點(diǎn)是，這些電池所消耗的能量盡可能低，但即使您將耗電量降至最低，用戶使用起來仍感不便，因?yàn)殡姵匦枰粫r(shí)更換。為了降低更換頻率，您可使用24 VAC電源。當(dāng)系統(tǒng)中C線不可用時(shí)，圖1所示的橋式整流器可通過負(fù)荷將交流（AC）電壓轉(zhuǎn)換成一個(gè)直流（DC）電壓。
圖1：帶暖通空調(diào)負(fù)荷的單恒溫器信號中繼連接
暖通空調(diào)負(fù)荷（壓縮機(jī)、風(fēng)扇、氣體閥等）關(guān)斷期間，信號繼電器的觸點(diǎn)斷開。當(dāng)觸點(diǎn)打開時(shí)，整流橋的端子看到HVAC變壓器的電壓為24VAC，并將交流電源轉(zhuǎn)為直流電源，如先前所述。由此得到的直流電壓被用于驅(qū)動(dòng)恒溫器或子電路。
暖通空調(diào)負(fù)荷導(dǎo)通期間，信號繼電器的觸點(diǎn)閉合。當(dāng)觸點(diǎn)關(guān)閉時(shí)，跨過整流橋端子的電壓降到零。這樣無需將24VAC用作電源，因此恒溫器的電池電源必須控制電路。操作機(jī)電繼電器所需電流的范圍從幾十到幾百毫安不等，它可對電池壽命產(chǎn)生顯著影響。
如果有種方法無需要使用恒溫器的電池即可驅(qū)動(dòng)繼電器，情況將會(huì)怎樣？電池壽命會(huì)增加，更換頻率將進(jìn)一步降低。一種方法是在暖通空調(diào)負(fù)荷導(dǎo)通期間（信號繼電器觸點(diǎn)閉合），短暫打開繼電器并為控制系統(tǒng)充電。相比功率繼電器的關(guān)斷時(shí)間，充電期間所需時(shí)間需要非常短，這樣可激勵(lì)功率繼電器及其相應(yīng)負(fù)荷。不幸的是，機(jī)電（信號）繼電器由于其開關(guān)速度限制不太可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。觸點(diǎn)移至期望位置花費(fèi)的時(shí)間處在毫秒范圍內(nèi)，并將中斷HVAC負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
幸運(yùn)的是，有種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)合適的開關(guān)速度：固態(tài)繼電器（SSR）。 SSR為使用晶閘管或功率晶體管執(zhí)行開/關(guān)控制的基于半導(dǎo)體的中繼器。
這個(gè)再充電方法需要一個(gè)具有雙MOSFET結(jié)構(gòu)的SSR，因?yàn)樗诒匾獣r(shí)可關(guān)閉基于MOSFET的SSR。此外，每個(gè)MOSFET的體二極管可協(xié)助24VAC的整流。結(jié)合兩個(gè)附加二極管的 MOSFET體二極管建立一個(gè)全波整流橋，如圖2所示。
圖2：一個(gè)HVAC系統(tǒng)中SSR的電源
圖3所示為對應(yīng)于圖2中顏色編碼二極管所得的整流波形。在整流橋的輸出連接一個(gè)大小合適的電容器可消除最終波形的電壓紋波。然后，您可將控制系統(tǒng)的直流電壓降到期望電壓。
圖3：全波整流波形
使用SSR可讓HVAC系統(tǒng)充分為恒溫器供電，降低了電池的功率使用率。SSR關(guān)閉時(shí)，HV1和HV2管線將看到全24VAC電壓，并在整流橋的輸出提供一個(gè)恒定33VDC電壓。SSR接通時(shí)，它仍可能通過短時(shí)開/關(guān)狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)，從而再次為供電電容器充電。這一設(shè)計(jì)可大大降低恒溫器電池的能量要求，進(jìn)而降低電池更換頻率。
想了解恒溫器終端設(shè)備中SSR的組件選擇過程嗎？敬請關(guān)注另一篇博文，其中，我將概述一個(gè)低成本的SSR設(shè)計(jì)。
其他信息：
在博文“固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)的現(xiàn)代方法”中了解SSR。
通過電流隔離參考設(shè)計(jì)（TIDA-00751）下載固態(tài)繼電器24V AC開關(guān)
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FemtoFET MOSFET CSD18541F5。
