使用固态继电器驱动恒温器教程

Miro Oljaca and Tattiana Davenport共同撰写

如果您在我之前的博文“咔嚓！噼啪！您的恒温器出现什么故障？”中读到一个恒温器和一个暖通空调（HVAC）系统之间如何相互作用的话，您会了解到恒温器如何控制暖通空调负荷。但是，恒温器在何处获得操作电源，以及您如何让它变得更有效率呢？

有两种电源可供恒温器使用：电池和24VAC电源。恒温器需要电池供电不中断运行。非常重要的一点是，这些电池所消耗的能量尽可能低，但即使您将耗电量降至最低，用户使用起来仍感不便，因为电池需要不时更换。为了降低更换频率，您可使用24 VAC电源。当系统中C线不可用时，图1所示的桥式整流器可通过负荷将交流（AC）电压转换成一个直流（DC）电压。

图1：带暖通空调负荷的单恒温器信号中继连接

暖通空调负荷（压缩机、风扇、气体阀等）关断期间，信号继电器的触点断开。当触点打开时，整流桥的端子看到HVAC变压器的电压为24VAC，并将交流电源转为直流电源，如先前所述。由此得到的直流电压被用于驱动恒温器或子电路。

暖通空调负荷导通期间，信号继电器的触点闭合。当触点关闭时，跨过整流桥端子的电压降到零。这样无需将24VAC用作电源，因此恒温器的电池电源必须控制电路。操作机电继电器所需电流的范围从几十到几百毫安不等，它可对电池寿命产生显著影响。

如果有种方法无需要使用恒温器的电池即可驱动继电器，情况将会怎样？电池寿命会增加，更换频率将进一步降低。一种方法是在暖通空调负荷导通期间（信号继电器触点闭合），短暂打开继电器并为控制系统充电。相比功率继电器的关断时间，充电期间所需时间需要非常短，这样可激励功率继电器及其相应负荷。不幸的是，机电（信号）继电器由于其开关速度限制不太可能实现这一目标。触点移至期望位置花费的时间处在毫秒范围内，并将中断HVAC负荷运转。

幸运的是，有种装置能够实现合适的开关速度：固态继电器（SSR）。 SSR为使用晶闸管或功率晶体管执行开/关控制的基于半导体的中继器。

这个再充电方法需要一个具有双MOSFET结构的SSR，因为它在必要时可关闭基于MOSFET的SSR。此外，每个MOSFET的体二极管可协助24VAC的整流。结合两个附加二极管的 MOSFET体二极管建立一个全波整流桥，如图2所示。

图2：一个HVAC系统中SSR的电源

图3所示为对应于图2中颜色编码二极管所得的整流波形。在整流桥的输出连接一个大小合适的电容器可消除最终波形的电压纹波。然后，您可将控制系统的直流电压降到期望电压。

图3：全波整流波形

使用SSR可让HVAC系统充分为恒温器供电，降低了电池的功率使用率。SSR关闭时，HV1和HV2管线将看到全24VAC电压，并在整流桥的输出提供一个恒定33VDC电压。SSR接通时，它仍可能通过短时开/关状态进行循环，从而再次为供电电容器充电。这一设计可大大降低恒温器电池的能量要求，进而降低电池更换频率。

想了解恒温器终端设备中SSR的组件选择过程吗？敬请关注另一篇博文，其中，我将概述一个低成本的SSR设计。

原文链接：

http://e2e.ti.com/blogs_/b/industrial_strength/archive/2016/08/11/how-to-power-your-thermostat-using-solid-state-relays

编辑：jq