ZHDA328 September 2026 TPS2596 , TPS25961

2 基于 RC 电路的传统设计

图 2-1 基于 RC 电路的传统设计方框图

在这种基于 RC 的传统实现方案中，锁存继电器峰值功率要求由保持电容器“C_{hold_up}”和电源共同提供。“C_{hold_up}”电容器通过串联电阻器“Rlimit”（22Ω 至约 100Ω）连接到电源（如图 2-1 所示）以限制浪涌电流。

在典型单相智能电表中：

标称电源电压 = 12V
继电器线圈电阻 = 96/2 = 48Ω
脉冲持续时间 = 50ms
继电器工作电压范围 = 12V 至 8.4V
Rlimit = 100Ω，用于将浪涌电流限制为 120mA

在 50ms 的锁存期间，电容器为继电器提供所需的能量，同时该电容器两端的电压会下降。继电器两端的电压（等于电容器两端的电压）必须在工作电压范围内才能成功锁存。保持电容器不仅需要支持继电器消耗的峰值能量，还需要将继电器电压保持在工作范围内，才能成功锁存。成功锁存所需的最小保持电容可使用方程式 2 计算：

方程式 1.

C_{hold_up} = \frac{t_{pulse}}{(\frac{R_{c} \times Rlimit}{R_{c} + Rlimit}) \times \ln (\frac{V_{in} \times Rlimit}{[V_{\min} \times Rlimit]) - [V_{in} - V_{\min}]) \times R_{c}})}

在上述典型情况下，我们需要安装一个 3.3mF 电容器（使用方程式 2 计算得出），才能成功锁存。由于电源提供的功率在 RC 配置中受 RLIM 电阻器的限制，因此锁存期间需要使用一个 3.3mF 电容器（通常直径为 16mm，高度为 25mm）为继电器提供能量。这种大电容器会在空间受限的智能电表中占用很大的空间。采用 3.3mF 保持电容器的传统 RC 电路测试结果如图 2-2 所示。

图 2-2 采用 3.3mF 保持电容器的传统 RC 电路测试结果

因此，客户需要满足以下条件的设计：

减小电容器尺寸，因为在满足继电器能量要求的同时，电容器尺寸已成为尺寸受限电表中的瓶颈
能够利用 SMPS 提供的能量
为向这些继电器供电的 12V 电压轨提供过载和短路保护
接通市电后，电表必须在五秒钟内完全恢复正常运行。因此，保持电容器的充电时间必须小于 5 秒