Arduino/ESP 實驗：電磁繼電器與 MOS 管電子開關耗電實測
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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。)
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。
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。
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。
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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