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？”中讀到一個恒溫器和一個暖通空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)之間如何相互作用的話，您會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行。非常重要的一點是，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，因為電池需要不時更換。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，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，信號繼電器的觸點斷開。當(dāng)觸點打開時，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，信號繼電器的觸點閉合。當(dāng)觸點關(guān)閉時，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)動繼電器，情況將會怎樣？電池壽命會增加，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)斷時間，充電期間所需時間需要非常短，這樣可激勵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現(xiàn)這一目標(biāo)。觸點移至期望位置花費的時間處在毫秒范圍內(nèi)，并將中斷HVAC負(fù)荷運轉(zhuǎn)。

幸運的是，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。

這個再充電方法需要一個具有雙MOSFET結(jié)構(gòu)的SSR，因為它在必要時可關(guān)閉基于MOSFET的SSR。此外，每個MOSFET的體二極管可協(xié)助24VAC的整流。結(jié)合兩個附加二極管的 MOSFET體二極管建立一個全波整流橋，如圖2所示。

圖2：一個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，HV1和HV2管線將看到全24VAC電壓，并在整流橋的輸出提供一個恒定33VDC電壓。SSR接通時，它仍可能通過短時開/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，我將概述一個低成本的SSR設(shè)計。

其他信息：

在博文“固態(tài)繼電器設(shè)計的現(xiàn)代方法”中了解SSR。

通過電流隔離參考設(shè)計（TIDA-00751）下載固態(tài)繼電器24V AC開關(guān)

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NexFET™功率MOSFET CSD19537Q3。

FemtoFET MOSFET CSD18541F5。