過電流保護器件（例如：斷路器等），yongyubaohudaotibushouguodianliudesunhai。shejizhexiebaohuqijiandemudeshi，rangdianluzhongdedianliubaochizaiyigeanquanshuiping，yifangzhidianludaotiqiguore。dianliujiechuqizhuyaoyongyulianjiehuozheduankaidaotijiechudianliu。tamenyongyuyixiepinfanhuozhechangqibubiandedaotong-斷開連接。

為 了(le)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)免(mian)受(shou)強(qiang)電(dian)流(liu)的(de)損(sun)害(hai)，保(bao)護(hu)性(xing)器(qi)件(jian)必(bi)須(xu)知(zhi)道(dao)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)態(tai)何(he)時(shi)出(chu)現(xian)
，並(bing)能(neng)自(zi)動(dong)將(jiang)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)同(tong)電(dian)源(yuan)斷(duan)開(kai)。過(guo)電(dian)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)件(jian)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)區(qu)分(fen)過(guo)電(dian)流(liu)與(yu)短(duan)路(lu)的(de)區(qu)別(bie)，並(bing)以(yi) 正確的方式做出反應。可以允許一定時間的小過電流，但是，隨著電流量的增加，保護器件必須能夠更加迅速地做出響應，例如：迅即阻止短路。

螺線管線圈特性

機電螺線管由一個圍繞可移動鋼或鐵芯（稱作“電樞”）的電磁感應線圈繞組組成。該線圈的形狀可讓電樞移入或移出其中心，從而改變線圈的電感
，最終形成電磁（請參見圖1）。電樞用於向一些機械裝置提供機械力。

螺線管的主要電特性是

，它是一種電感器
， yongyoudiangan，zheshiyizhongduikangdianliubianhuadetexing。zhejiushidangluoxianguandaidianshidianliubuhuilijidadaozuidashuipingdeyuanyin。xiangfan，dianliuyiyizhongwendingdesulvzengjia

，zhidaoqishoudaoluoxianguanDC電 阻的限製為止。電感器（例如：螺線管）以集中磁場的方式存儲能量。隻要線路或者導體內存在電流
，就會在線路周圍形成磁場（盡管很小）。
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把線路繞成一個線圈 （例如：螺線管中的線圈）以(yi)後(hou)，磁(ci)場(chang)便(bian)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)集(ji)中(zhong)。通(tong)過(guo)電(dian)信(xin)號(hao)
，電(dian)磁(ci)可(ke)用(yong)於(yu)控(kong)製(zhi)機(ji)械(xie)閥(fa)門(men)。螺(luo)線(xian)管(guan)一(yi)通(tong)電(dian)，電(dian)流(liu)便(bian)增(zeng)加(jia)，從(cong)而(er)使(shi)磁(ci)場(chang)不(bu)斷(duan)擴(kuo)展(zhan)，直(zhi)到(dao)其(qi)強(qiang)至(zhi)能(neng) gouyidongdianshuweizhi。dianshuyidonghuizengjiacichangdejizhongdu
，yinweidianshuziyoucizhiliangyizhigengyuan，jinrugaicichang。jizhu，cichangbianhuadefangxiangyurangqixingchengdedianliudefangxiangxiangtong，congerzairaozuzhong 引yin起qi反fan向xiang電dian壓ya。由you於yu電dian樞shu運yun動dong時shi磁ci場chang迅xun速su擴kuo展zhan，它ta會hui使shi通tong過guo螺luo線xian管guan繞rao組zu的de電dian流liu短duan暫zan下xia降jiang。在zai電dian樞shu運yun動dong後hou
，電dian流liu繼ji續xu沿yan其qi正zheng常chang路lu徑jing上shang升sheng至zhi最zui大da水shui平ping。結jie果guo如ru圖tu2中電流 波形所示。注意觀察電流波形上升過程中的明顯下探點。

螺線管線圈驅動：電壓還是電流驅動
？

所suo前qian所suo述shu
，螺luo線xian管guan的de電dian樞shu用yong於yu為wei機ji械xie裝zhuang置zhi提ti供gong機ji械xie力li。施shi加jia給gei電dian樞shu的de力li與yu電dian樞shu位wei置zhi變bian化hua時shi線xian圈quan的de電dian感gan變bian化hua成cheng比bi例li關guan係xi。另ling外wai，它ta還hai與yu流liu經jing線xian圈quan的de電dian流liu成cheng比bi例li關guan係xi（根據法拉第的電感定律）。方程式1計算螺線管電磁對某個通過電荷所施加的力：
力=Q ×V×（磁常量× N × I），（1）

其中，Q為通過點電荷的電荷；V為該點電荷的速度；磁常量為4π×10–7；N為螺線管線圈的匝數；I為通過螺線管的電流。這表明
，螺線管的電磁力直接與電流有關。

傳 統上
，電壓驅動用於驅動螺線管線圈；因此，線圈內持續消耗電力。這種功率消耗的一個不利影響是線圈發熱，之後擴散至整個繼電器。線圈溫度由環境溫度、 V×I線圈功耗帶來的自發熱、接觸係統引起的發熱
、渦電流產生的磁化損耗以及其它熱源（例如：繼電器附近的一些組件）共同決定。由於線圈發熱，線圈電阻增 加。高溫電阻計算方法如方程式2所示：


 其中
，RCoil_20℃為電阻20℃值
，而kR_T則為銅的熱係數，其等於0.0034每攝氏度。根據RCoil_20℃（一般可在螺線管線圈產品說明書中找到），可計算得到高溫下的極端線圈電阻。在電路設計期間
，需注意進行極端條件下的相關計算，例如：工作拾取電壓的最高可能線圈溫度。

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需要注意的另一點是
，就特定線圈而言，在任何條件下拾取電流都保持不變。拾取電流取決於拾取電壓和線圈電阻（IPick-up= VPick-up/RCoil）。大多數繼電器均由銅線製成。根據方程式2
，由於線圈溫度上升
，線圈電阻增加。因此，熱線圈的拾取電壓應更高，以產生要求的拾取電流。例如，如果一個12VDC繼電器的拾取電壓為9.6VDC，並且20℃下線圈電阻為400Ω，則IPick-up= 24 mA。當線圈溫度上升至40℃時
，線圈電阻增加至432Ω。因此，拾取電壓為10.36 VDC。（拾取電流保持不變。）換句話說
，溫度增加20℃，拾取電壓上升0.76VDC。繼電器使用更高占空比時

，由於線圈的溫度上升
，每個連續周期的拾 取電壓可能會稍微上升。圖3表明，如果使用電壓驅動，則用戶可能不得不對線圈進行超裕度設計。

簡而言之
，由於電流隨線圈電阻、溫度、電源電壓等變化而變化，因此電壓驅動迫使我們隻能進行超裕度設計。所以，對於許多螺線管的器件來說
，使用電流驅動是最佳方式。

功耗優化

關閉一個繼電器或者閥門，要求使用大量的能量。激活螺線管致動器的瞬間電流（稱作“峰值電流”，Ipeak）會非常高。但是，一旦繼電器或者閥門關閉
，將其維持在這種狀態下所要求的電流（稱作“保持電流”，IHold）則大大小於峰值電流。一般而言，保持電流均小於峰值電流：

IHold< IPeak。

使用電壓驅動時，螺線管線圈的電流持續，並且高於使用電流驅動的情況（圖4）。與電壓驅動不同，電流驅動無需為溫度或者螺線管差異引起的參數變化留出餘量。這種設計要求使用單獨的峰值電流值（大小可能為數安培），並同時使用固態保持電流（可能僅為峰值電流值的1/20）。

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傳統上，我們直接通過微控製器（MCU） 的通用輸入/輸出（GPIO）來驅動螺線管線圈（圖5a）。通過一個由MCU的GPIO控製的一個開關
，激活線圈。人們開發出了一種新的驅動係統，其使用 波形的脈寬調製（PWM）（圖5b）。線圈經由一個受MCU的PWM控製的開關來激活，然後占空比決定通過線圈的平均電流。我們使用了德州儀器 DRV110，它是一種帶有集成電源調 節的節能型螺線管控製器（圖5c）。

這種基於DRV110的係統，設計它的目的是通過較好控製的波形來調節電流，以降低功耗。在初始上升以後，螺線管電流 保持在峰值上
，以確保正常工作，之後降至某個更低的保持水平，目的是避免發熱問題和降低功耗。圖6的曲線圖比較了傳統驅動器和DRV110的工作情況。注 意，其它一些方法也可降低電壓，但卻需要一定的開銷才能保證在各種溫度下保持電流始終不變。

圖7顯示了基於DRV110的一個典型應用電路。DRV110控製通過螺線管的電流（LS），如圖7所示。EN引腳電壓被（內部或者外部驅動器）拉高時，激活開始。在激活之初，DRV110允許負載電流升高至峰值（IPeak），然後在降低至IHold以前對其進行tKeep時間的調節。隻要EN引腳維持高電平，則把負載電流調節至保持值。初始電流上升時間取決於螺線管的電感和電阻。一旦EN引腳被驅動至GND
，則DRV110允許螺線管電流降至零。

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計算DRV110的IPeak和IHold

DRV110的激活（峰值）電流由線圈的“導通”電阻和繼電器要求的拾取電壓所決定。最高溫度電阻值（RCoil_T(max)）和繼電器額定工作電壓（Vnom）可用於計算最高溫度下要求的IPeak值：


DRV110 的保持電流由線圈的“導通”電阻以及避免繼電器出現壓降所要求的電壓決定。為了使繼電器不出現壓降，製造廠商均在其產品說明書中列出了建議電壓值；但是

， 應為振動和其它意外情況留出一定的餘量。許多繼電器製造廠商把額定電壓的35%作為安全極限。假設這一極限值夠用，則可使用RCoil_T(max)值和繼電器額定工作電壓（Vnom）來計算不同工作溫度的IHold值：

接電裝置應用舉例

如果在規定時間負載超出器件的額定電流，則過載保護會讓器件斷開電路連接。圖8所示保護電路實現通過測量電流和電壓來產生激活（EN）信號。（為了簡化圖8-10，未顯示OSC
、PEAK、HOLD和KEEP的DRV110引腳連接。）

磁接觸器需要一個電流通過線圈
，以移動該接觸器進入關閉或者開啟位置。圖9顯示了使用DRV110的一個接觸器係統的RMS電壓檢測電路實現。

[page] 利用DRV110還可以實現欠壓和過壓保護（圖10）。使用兩個比較器來測量高低閾值電壓。根據每個比較器的輸出
，SR觸發器向DRV110發送一個激活（EN）信號。


總結：

電源調節是製動器力控製最為精確的方法，不但節能，而且係統不受線圈電阻
、電dian源yuan電dian壓ya和he溫wen度du變bian化hua的de影ying響xiang，無wu須xu增zeng加jia餘yu量liang，體ti統tong的de可ke靠kao性xing進jin一yi步bu提ti高gao，並bing且qie經jing過guo螺luo線xian管guan反fan複fu優you化hua
，降jiang低di了le成cheng本ben
，並bing獲huo得de了le更geng好hao的de驅qu動dong性xing能neng。

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