有位朋友想在雙刀單擲機(jī)電式繼電器上增加一個LED，用來指示繼電器線圈的通電狀態(tài)。我先后想到兩種解決方案：直接將LED與繼電器線圈串聯(lián)；或者將它與一個限流電阻串聯(lián)，然后并聯(lián)到線圈的兩端。前一種方案更加簡單，但簡單的就是最好嗎？

除了技術(shù)專長外，工程技術(shù)的真正核心是能夠闡明不可避免的折衷以及設(shè)計方案的優(yōu)缺點，然后在應(yīng)用的背景中對它們進(jìn)行權(quán)衡。這些折衷有些明顯有些不太明顯，包含了許多因素，例如基本性能、尺寸、功耗、對整體設(shè)計的影響、設(shè)計信心、可靠性、重量和成本等。

有次當(dāng)我被問及一個簡單的技術(shù)問題時，我遇到了上述情況的另一個基本示例。有位朋友想在雙刀單擲（DPST）機(jī)電式繼電器上增加一個LED——這個繼電器以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)命名法命名為“2 Form A”（請參閱參考資料1）——用來指示繼電器線圈的通電狀態(tài)。電氣參數(shù)非常清楚：繼電器電源為24Vrms/1A交流電源，線圈阻值為600Ω，因此根據(jù)歐姆定律，繼電器電流為40mA（圖1）。

圖1：基本拓?fù)浞浅：唵巍?4VAC電源，為600Ω DPST繼電器供電。

我的第一個想法就是保持簡單：只需插入一個40mA的LED，而與繼電器線圈形成串聯(lián)即可。這個繼電器線圈用作限流電阻器：只有一個元件，既快速又便宜（圖2）。但是由于多種原因，這個解決方案在我看來并不理想。首先，我不確定在線圈上串聯(lián)一個二極管（LED是二極管）是否會影響線圈工作——經(jīng)過半波整流的電流會導(dǎo)致線圈以60Hz的頻率發(fā)生“震顫”。其次，繼電器在斷電時通常會產(chǎn)生一個電感“反沖”，這可能對LED的壽命不利。眾所周知，電氣應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力是導(dǎo)致元器件過早失效的最常見的原因。

圖2：第一個想法是將LED與繼電器線圈串聯(lián)，這個解決方案只用到一個元件，看上去很簡單。

由于這個裝置已工作了“一段時間”，因此要解決這些故障就可能令人沮喪。可以在線圈上增加一個鉗位二極管來解決，但這意味著要增加一個元件。再者，我通常不喜歡把原本正常工作的電路打斷而串聯(lián)加入別的元件，因為這樣做通常會在機(jī)械上造成難以清潔和正確固定的問題。

因此我轉(zhuǎn)而采用B計劃：在線圈兩端增加這個LED以及一個限流電阻（圖3）。這個1A變壓器具有足夠的容量來處理額外的20~30mA負(fù)載，因此這樣做沒有問題。我還認(rèn)為，可能不需要對整流器的交流輸出進(jìn)行濾波而減少可見紋波，因為眼睛的視覺暫留現(xiàn)象很可能會解決這一問題。但是電感反沖的問題仍然存在。

圖3：替代方案是將LED和電阻器與線圈并聯(lián)，而不是將LED串聯(lián)進(jìn)去，這比第一種方案只多使用了一個電阻器。

此外，有些人的眼睛對60Hz紋波特別敏感。如果要解決這個問題，那么就必須在外部添加一個半波或全波整流器來為LED供電，然后用一個10μF至100μF的小電容對其進(jìn)行濾波。由于這種附加版的指示器電路是與線圈并聯(lián)，因此實際安裝會更容易（如有必要，也更容易將其取出）。

但是退后一步，我意識到這些方法中存在很多的不確定性，這通常會令人擔(dān)憂，會讓人花費(fèi)大量時間進(jìn)行微調(diào)，甚至?xí)绊戦L期可靠性。因此，我花了一些時間思考一個基本問題：“這里還有哪些其他資源可以使用？”答案顯而易見：未使用的那個繼電器刀觸點——這個觸點與工作觸點在電氣上獨立而在機(jī)械上耦合。請注意，雖然單刀繼電器（SPST——1 Form A）很常見，但許多設(shè)計人員為方便起見和“以防萬一”會選擇雙刀版本，甚至?xí)x擇DPDT（2 Form C）繼電器而不使用那些多余的觸點，因為它們未來提供的額外的靈活性通?？梢缘窒杀静町?。

因此，我建議他將LED及其電阻器通過那個未使用的繼電器刀開關(guān)從24VAC電源進(jìn)行接線（圖4），這樣他所得到的指示器電路就完全獨立于繼電器線圈電路本身，從而有助于最大程度地減少電氣影響與實際安裝這兩個困難。而且，除了表明線圈通電以外，獨立電路還能表明繼電器銜鐵實際上處于吸合狀態(tài)，因此就可以對繼電器的工作情況更加有信心。如果從交流線路驅(qū)動LED產(chǎn)生了不可接受的視覺閃爍，那么有很簡單的方法可以解決這個問題，并且無需擔(dān)心會影響到線圈驅(qū)動回路。

圖4：使用繼電器未使用的那個刀開關(guān)是一種更好、更高明的、靈活、無風(fēng)險的解決方案，它不僅驗證了線圈已通電，而且還驗證了繼電器銜鐵的實際吸合。

您是否曾經(jīng)考慮過一個簡單的設(shè)計問題，但在深思熟慮后卻發(fā)現(xiàn)，盡管采用了KISS（保持簡單）原則，但這個顯而易見的解決方案確實不是明智之舉？更好的是，您是否發(fā)現(xiàn)了額外的未使用的繼電器觸點而可以予以利用，或者只要將BOM表從SPST繼電器升級到SPDT甚至DPDT繼電器，就可以解決問題？
編輯：hfy