锁存SSR简化温控、HVAC、安防与报警面板触点切换设计

恒温器、HVAC 系统、火灾报警面板、安防设备、楼宇自动化及工业控制等常见应用，通常只需要一个简单信号，即可在受控的外部电路中控制交 / 直流电源通断。传统上这类场景一直使用电磁继电器（EMR），但现代设计越来越追求更小体积、更高长期可靠性、更强可配置性与功能，以及更低噪声。采用小型 IC 封装的固态继电器（SSR）正好满足这些需求。

本文探讨在两线 / 三线制各类应用中，使用传统继电器进行电源切换所面临的设计难题，并介绍 Littelfuse 一款自锁型 SSR，说明它如何系统性解决这些痛点。

看似简单，实则棘手的现实问题

资深设计师都知道，很多基础问题在技术方案、BOM、PCB 空间、成本与用户体验层面反而最难解决。一个典型案例是：家庭与建筑中大量沿用的两线制旧布线，需要适配现代供暖系统触发需求，也就是 HVAC 领域常说的 “加热请求（call for heat）” 场景。

传统温控式供暖系统设计非常简单：以经典 T-86 恒温器为例，当检测温度低于设定值时，开关（金属触点或汞触点）闭合。这种结构自 1953 年问世以来已售出数千万台，至今仍在大量使用。

图1：经典的双线T-86恒温器。（图片来源：Cooper-Hewitt博物馆）

这种被称为 “干触点” 的闭合方式，会让市电降压后的 24V AC 信号驱动电磁继电器线圈，进而启动锅炉或其他热源。恒温器完全无源，既不需要供电也不提供电源。继电器同时在 24V AC 控制回路与市电主回路之间提供电气隔离。整套方案简单、可靠、易排查。

但随着带数字设定与温度显示的温控器出现，再到支持时段控制的智能温控器，最终演进到带联网功能的 IoT 温控器，问题随之而来：从无源变有源，温控器需要供电了。而老式无源温控器只有两根线，没有简单办法为其供电。

图2：经典开关闭合环路无法为基础数字恒温器（左）或连接物联网版本（右）供电，引发了如何为这些负载供电的问题。（图片来源：PRO1iaq，Ecobee）

这种供电难题并非只出现在传统温控器与 HVAC 系统，在安防、楼宇自动化、工业控制、计量设备，以及所有使用简单触点闭合表示 “触发 / 启动” 的场景中普遍存在。

目前有两种供电方案，但都有明显短板：

• 在温控器内使用可更换电池，居家与工业场景都不方便维护；

• 重新铺设第三根线（C 线，Common）为温控器提供 24V AC 电源。

在很多实际环境，尤其是家装场景中，从温控器到供暖设备重新布线难度极高，需要穿墙、打孔、布设防火堵料，施工与改造成本高昂。

自锁型 SSR 完美解决电池与 C 线难题

Littelfuse CPC1601M 自锁型固态继电器，专为解决两线制系统的上述局限而设计。

图3：图中显示CPC1601M非隔离的1-Form-A固态锁存继电器，由负载供电。（图片来源：Littelfuse）

CPC1601M 是一款非隔离、1 Form A 自锁型固态继电器，采用 3mm×3mm DFN 8 引脚小型封装，工作电流极低。芯片提供 SET（置位）、RESET（复位，脉冲关断）和 TOGGLE（翻转）三种控制方式。

其核心创新点是：双供电模式。芯片通过监测 HVcc 引脚，可从负载开路电压取电，或从系统电源取电。

负载供电模式（Load-powered mode）

适用于 24V AC 变压器等交流源。

• 继电器不从系统电源取电，延长电池寿命；

• 继电器周期性短时断开，从负载开路电压中 “能量采集”；

• 多数应用中，这种短暂中断不影响系统运行；

• 无需辅助电源，无需 C 线。

在典型 HVAC 系统中，温控器驱动接触器继电器 K1，K1 控制大功率负载，而 CPC1601M 负责控制 K1 的通断。

当 CPC1601M 关断时，变压器 T1 的全部开路电压加载在 RLY1/RLY2 两端，通过内部 DMOS 寄生二极管与外部二极管构成全波整流，为滤波电容 CFILT 充电，作为负载取电模式下的储能电容。

CPC1601M 还可对外输出电压，直接为配套 MCU 与外部电路供电。若输出电压匹配所选 MCU 电压轨，可省掉外部 LDO。同时，芯片内置 TVS 二极管，可在切换感性负载时抑制反向瞬态尖峰。

系统供电模式（System-power mode）

图4：CPC1601M也可以配置为从系统电源运行。（图片来源：Littelfuse）

CPC1601M 从系统电源（如电池）取电，而非负载。

• 待机电流低于 1µA，极致省电；

• 适合电池供电、需要超长续航的设备；

• 通过 SET/RESET/TOGGLE 实现简单控制。

 电气隔离如何实现？

虽然目前展示的基本CPC1601M电路不包含电隔离，但有时需要电隔离以确保系统正常运行，例如双变压器暖通空调系统中变压器回波彼此分离且隔离。实施隔离的方法有很多，每种都有其权衡。

通过对脉宽调制（PWM）信号进行简单的电容耦合实现与CPC1601M隔离既简单又经济（见图5）。系统MCU产生多个PWM信号周期，通过隔离电容（C1）电容耦合。这种PWM信号通常为200千赫（kHz），占空比为50%，经过R2和C2滤波。这会产生一个直流信号，触发CPC1601M的 SET 输入。

图5：通过在CPC1601M电路中添加电容器和少量无源元件，可以实现电隔离。（图片来源：Littelfuse）

关键电器参数

虽然提供高效功能很重要，但一个可行的器件还必须提供系统所需的电压、电流及其他额定和属性。为此，CPC1601M具备：

• 输入电源电压为3V至5.5V

• 系统供电待机电流小于1 μA

• 典型的“导通”电阻为308毫欧（mΩ）

• TTL/CMOS 兼容逻辑输入

• 双向、负载连接的RLY1和RLY2触点，可用于60伏巅峰交流或直流操作

• 支持2安培连续负载能力的RLY1和RLY2触点，交流或直流

• 一个负载集体电源引脚，用于为外部电路供电，功率最高达10 mW

• SET或TOGGLE脉冲后的开通时间为1微秒（最大）;重置或切换脉冲后的互补关电时间也是1微秒（最大）

• 由于在负载供电模式下以零电流切换，电磁干扰（EMI）减少

• 静音操作，因为没有EMR咔嗒声

结论

将传统干触点、无源温控器升级为需要本地电池或第三根电源线的有源温控器，思路简单但落地困难。Littelfuse CPC1601M 自锁型 SSR 从根本上解决了两线制取电难题，同时具备小型化、静音、低功耗、高可靠等优势，可显著提升系统性能与一致性。