Arduino/ESP 實驗：電磁繼電器與 MOS 管電子開關耗電實測

3 years ago

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Arduino/ESP 實驗：電磁繼電器與 MOS 管電子開關耗電實測-黑暗執行緒

去年 10 月做過 ESP8266 耗電實驗，跟讀者 JJC66601 討論到改用繼電器控制供電的可能，當時提到我沒考慮繼電器的理由有二：一是在經驗裡對繼電器的壽命很沒信心，二是靠電磁維持閉路狀態的繼電器，直覺耗電量應該不低，但就只是直覺。當時覺得這是個有趣議題，有時間應要實測看看。趁著年假，我還真的把實驗做完了。

繼電器有很多種，這裡說的是 Arduino 常用的藍色方塊狀電磁式繼電器(下圖左)，內部靠電磁線圈通電吸附簧片接觸導電，最大優點是可以控制 110V+ 10A 大電流交流電，但機械動作切換速度不快，且易因觸點火花、物理磨耗損壞，壽命不長。如要控制 36V 以下的直流電，我後來又學會電晶體開關、MOS 管開關(下圖右)... 等更好選擇，不但切換速度快又無物理損耗。(但繼電器是我以前唯一會用程式控制的電源開關，以至於幹過用繼電器切換接地改變電容的天才行為，現在回頭看覺得很有趣。)

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這次實驗會比較用繼電器跟 MOS 管切換 LED 亮滅的耗電，為了方便量測，5V 電源要同時供應 LED 及繼電器或 MOS 管模組的電力，故要先測量 LED 耗電，稍後扣除它算出繼電器或 MOS 管的耗電。

實測 LED 耗電為 13.5mA。

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分別接上繼電器跟 MOS 管控制 LED 亮滅，用三用電錶測量流回接地端的電流。繼電器通電狀態之總耗電約 91.6mA，扣除 LED 耗電 13.5mA，耗電約 78mA；MOS 管通電狀態總耗電 15.4mA，扣除 LED 耗電 13.5mA，耗電約 2mA。

測試影片

實驗結果符合推測，產生電磁的耗電果然可觀，MOS 管的電子動作耗電僅有電磁繼電器的 1/39。

除了耗電，電磁繼電器速度不快，每次切換快一秒才能完成。我手上的 MOS 管開關適用電壓 5V ~ 36V，最大電流 15A，支援 PWM 頻率可達 20KHz，推測一秒切換幾百上千次應該不是問題，就順便也實測看看。

我用 ESP32 接可變電阻調整頻率從 2Hz 提升到 500Hz，控制 MOS 管開關 9V 電壓，並以示波器觀察頻率跟波形。

測試影片

實測顯示，MOS 管可依輸入電壓控制達到每次開關 500 次沒問題，但頻率到 500Hz 時斷路期間電壓上升到 5V，猜想是電容效應造成，但這部分超出我的知識範圍，無法再深究，而一秒數百次的切換速度對我的應用已綽綽有餘。

【結論】對於 36V 以下的直流電開關，在耗電、速度與使用壽命上，MOS 管電子開關模組遠勝電磁繼電器。

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