继电器驱动设计方案及问题分析
I.问题现象
近日仪表在检验时发现一块仪表继电器不动作，维修对仪表继电器加9V后，继电器正常动作，故障不复现。
II.问题分析
继电器驱动原理图如下：
本次设计使用三极管驱动继电器，由于继电器本身功耗较大，电路中AC16用于补充提供继电器动作所需的能量，AR12起限流作用，在实际应用及试流过程中，均未发现继电器不动作的情况。推测不动作原因可能是继电器卡住或驱动线接触不良，进一步分析发现，上述驱动电路的驱动能力不够。
实际继电器工作电压：
1、正常控制继电器，测试电源波形如下：遥控合闸，电源波形：
遥控分闸，电源波形
结论：通过波形可看出，驱动继电器时，12V电源会被拉低，从12V-6.3V的时间约22mS，小于规格书中提出的60mS，实际继电器已经动作。继电器线圈参数见下图：
根据能量计算公式 Q=CU=IT。
C=IT/U= 0.23安培0.06秒/(12-6.3) =0.002421F=2421uF。约取值2200uF。电路取值470uF，明显偏低。2200uF电容体积大，PCB上放不下。
2、模拟继电器被卡住的情况，拆开A相继电器，手动卡住继电器触点，遥控继电器，继电器不动作。
3、手动将A相继电器分闸，B/C继电器合闸，遥控继电器，测试波形如下：
4、遥控A/B/C三相继电器分闸，手动将A相合闸，此时单通采集继电器状态为合闸，遥控继电器，测试波形如下：
结论2：由2/3/4可得出正常情况下，继电器均可正常动作，在继电器卡住时，继电器不动作。
由于本次出现的继电器不良在维修时加9V驱动后正常，结合上述测试结论，得出加大电源的驱动能力，遥控继电器会更可靠。
在不改变上述电路原理的情况下，对电路进行修改并测试如下：
试验1：将AR12位置电阻阻值由100欧姆电阻改为47欧姆。
遥控继电器，测得电源波形如下：由图可看出，其幅值略高于阻值为100欧姆时的波形（见下文表格）
试验2：将AR12位置电阻阻值由100欧姆电阻改为19欧姆。
遥控继电器测试波形，电源幅值为7.4V左右，明显高于阻值为100欧姆时驱动继电器的幅值。
试验3：更换AC16位置电容470UF电容为1000UF/25V，测试继电器动作电源波形如下：放电时间变长。以此类推 2200uF电容符合要求。
试验4：将仪表继电器驱动回路的电容去掉，更换100欧姆电阻为24欧姆，测试的继电器驱动波形如下：可满足继电器驱动要求。
在对电路进行上述改进后，控制继电器时电路所需电流为（12-6.4）V/24Ω=0.233A，而电源模块12V输出电流为0.3A，测试12V其他回路的功耗如下：
电路中12V供继电器驱动、通过TMS1117芯片转换为3.3V供CPU使用，通过78L05转换为5V供液晶使用，其中液晶功耗为5mA；使用万用表测试3.3V功耗为12V/33mA，满足设计要求。
综上：可选优化方案，100欧姆电阻更换为24欧姆，电容不修改，可提高继电器的驱动能力，保证继电器可靠动作。
III.解决方法
对于已出厂产品，鉴于当前只出现了一例，并且现场欠费跳闸可能性不大，可以暂不处理。
对于后续产品，更改设计，增加继电器驱动能力，修改BOM，更换AR12位置，电阻为24Ω/5%/2W的电阻。
IV.总结和建议
设计控制电路时应根据规格书要求，并适当留有余量，保证控制电路的可靠动作。
涉及到需要电容驱动的电路，需计算电容容量。硬件测试（联调、自测、验证测试等）过程中，需测试驱动相关波形及参数。
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