有位朋友想在雙刀單擲機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。我先后想到兩種解決方案：直接將LED與繼電器線圈串聯；或者將它與一個限流電阻串聯，然后并聯到線圈的兩端。前一種方案更加簡單，但簡單的就是最好嗎？

除了技術專長外，工程技術的真正核心是能夠闡明不可避免的折衷以及設計方案的優缺點，然后在應用的背景中對它們進行權衡。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、對整體設計的影響、設計信心、可靠性、重量和成本等。

有次當我被問及一個簡單的技術問題時，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）機電式繼電器上增加一個LED——這個繼電器以行業標準命名法命名為“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。電氣參數非常清楚：繼電器電源為24Vrms/1A交流電源，線圈阻值為600Ω，因此根據歐姆定律，繼電器電流為40mA（圖1）。

圖1：基本拓撲非常簡單——24VAC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一個二極管（LED是二極管）是否會影響線圈工作——經過半波整流的電流會導致線圈以60Hz的頻率發生“震顫”。其次，繼電器在斷電時通常會產生一個電感“反沖”，這可能對LED的壽命不利。眾所周知，電氣應力、機械應力和熱應力是導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，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加入別的元件，因為這樣做通常會在機械上造成難以清潔和正確固定的問題。

因此我轉而采用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負載，因此這樣做沒有問題。我還認為，可能不需要對整流器的交流輸出進行濾波而減少可見紋波，因為眼睛的視覺暫留現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，而不是將LED串聯進去，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的小電容對其進行濾波。由于這種附加版的指示器電路是與線圈并聯，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，這通常會令人擔憂，會讓人花費大量時間進行微調，甚至會影響長期可靠性。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，但許多設計人員為方便起見和“以防萬一”會選擇雙刀版本，甚至會選擇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常可以抵消成本差異。

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從24VAC電源進行接線（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，因此就可以對繼電器的工作情況更加有信心。如果從交流線路驅動LED產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，并且無需擔心會影響到線圈驅動回路。

圖4：使用繼電器未使用的那個刀開關是一種更好、更高明的、靈活、無風險的解決方案，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。

您是否曾經考慮過一個簡單的設計問題，但在深思熟慮后卻發現，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，您是否發現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