恒溫器、HVAC 系統、火災報警面板、安防設備、樓宇自動化及工業控制等常見應用，通常只需要一個簡單信號，即可在受控的外部電路中控制交 / 直流電源通斷。傳統上這類場景一直使用電磁繼電器（EMR），但現代設計越來越追求更小體積、更高長期可靠性、更強可配置性與功能，以及更低噪聲。采用小型 IC 封裝的固態繼電器（SSR）正好滿足這些需求。

本文探討在兩線 / 三線制各類應用中，使用傳統繼電器進行電源切換所面臨的設計難題，并介紹 Littelfuse 一款自鎖型 SSR，說明它如何系統性解決這些痛點。

看似簡單，實則棘手的現實問題

資深設計師都知道，很多基礎問題在技術方案、BOM、PCB 空間、成本與用戶體驗層面反而最難解決。一個典型案例是：家庭與建筑中大量沿用的兩線制舊布線，需要適配現代供暖系統觸發需求，也就是 HVAC 領域常說的 “加熱請求（call for heat）” 場景。

傳統溫控式供暖系統設計非常簡單：以經典 T-86 恒溫器為例，當檢測溫度低于設定值時，開關（金屬觸點或汞觸點）閉合。這種結構自 1953 年問世以來已售出數千萬臺，至今仍在大量使用。

圖1：經典的雙線T-86恒溫器。（圖片來源：Cooper-Hewitt博物館）

這種被稱為 “干觸點” 的閉合方式，會讓市電降壓后的 24V AC 信號驅動電磁繼電器線圈，進而啟動鍋爐或其他熱源。恒溫器完全無源，既不需要供電也不提供電源。繼電器同時在 24V AC 控制回路與市電主回路之間提供電氣隔離。整套方案簡單、可靠、易排查。

但隨著帶數字設定與溫度顯示的溫控器出現，再到支持時段控制的智能溫控器，最終演進到帶聯網功能的 IoT 溫控器，問題隨之而來：從無源變有源，溫控器需要供電了。而老式無源溫控器只有兩根線，沒有簡單辦法為其供電。

圖2：經典開關閉合環路無法為基礎數字恒溫器（左）或連接物聯網版本（右）供電，引發了如何為這些負載供電的問題。（圖片來源：PRO1iaq，Ecobee）

這種供電難題并非只出現在傳統溫控器與 HVAC 系統，在安防、樓宇自動化、工業控制、計量設備，以及所有使用簡單觸點閉合表示 “觸發 / 啟動” 的場景中普遍存在。

目前有兩種供電方案，但都有明顯短板：

• 在溫控器內使用可更換電池，居家與工業場景都不方便維護；

• 重新鋪設第三根線（C 線，Common）為溫控器提供 24V AC 電源。

在很多實際環境，尤其是家裝場景中，從溫控器到供暖設備重新布線難度極高，需要穿墻、打孔、布設防火堵料，施工與改造成本高昂。

自鎖型 SSR 完美解決電池與 C 線難題

Littelfuse CPC1601M 自鎖型固態繼電器，專為解決兩線制系統的上述局限而設計。

圖3：圖中顯示CPC1601M非隔離的1-Form-A固態鎖存繼電器，由負載供電。（圖片來源：Littelfuse）

CPC1601M 是一款非隔離、1 Form A 自鎖型固態繼電器，采用 3mm×3mm DFN 8 引腳小型封裝，工作電流極低。芯片提供 SET（置位）、RESET（復位，脈沖關斷）和 TOGGLE（翻轉）三種控制方式。

其核心創新點是：雙供電模式。芯片通過監測 HVcc 引腳，可從負載開路電壓取電，或從系統電源取電。

負載供電模式（Load-powered mode）

適用于 24V AC 變壓器等交流源。

• 繼電器不從系統電源取電，延長電池壽命；

• 繼電器周期性短時斷開，從負載開路電壓中 “能量采集”；

• 多數應用中，這種短暫中斷不影響系統運行；

• 無需輔助電源，無需 C 線。

在典型 HVAC 系統中，溫控器驅動接觸器繼電器 K1，K1 控制大功率負載，而 CPC1601M 負責控制 K1 的通斷。

當 CPC1601M 關斷時，變壓器 T1 的全部開路電壓加載在 RLY1/RLY2 兩端，通過內部 DMOS 寄生二極管與外部二極管構成全波整流，為濾波電容 CFILT 充電，作為負載取電模式下的儲能電容。

CPC1601M 還可對外輸出電壓，直接為配套 MCU 與外部電路供電。若輸出電壓匹配所選 MCU 電壓軌，可省掉外部 LDO。同時，芯片內置 TVS 二極管，可在切換感性負載時抑制反向瞬態尖峰。

系統供電模式（System-power mode）

圖4：CPC1601M也可以配置為從系統電源運行。（圖片來源：Littelfuse）

CPC1601M 從系統電源（如電池）取電，而非負載。

• 待機電流低于 1μA，極致省電；

• 適合電池供電、需要超長續航的設備；

• 通過 SET/RESET/TOGGLE 實現簡單控制。

 電氣隔離如何實現？

雖然目前展示的基本CPC1601M電路不包含電隔離，但有時需要電隔離以確保系統正常運行，例如雙變壓器暖通空調系統中變壓器回波彼此分離且隔離。實施隔離的方法有很多，每種都有其權衡。

通過對脈寬調制（PWM）信號進行簡單的電容耦合實現與CPC1601M隔離既簡單又經濟（見圖5）。系統MCU產生多個PWM信號周期，通過隔離電容（C1）電容耦合。這種PWM信號通常為200千赫（kHz），占空比為50%，經過R2和C2濾波。這會產生一個直流信號，觸發CPC1601M的 SET 輸入。

圖5：通過在CPC1601M電路中添加電容器和少量無源元件，可以實現電隔離。（圖片來源：Littelfuse）

關鍵電器參數

雖然提供高效功能很重要，但一個可行的器件還必須提供系統所需的電壓、電流及其他額定和屬性。為此，CPC1601M具備：

• 輸入電源電壓為3V至5.5V

• 系統供電待機電流小于1 μA

• 典型的“導通”電阻為308毫歐（mΩ）

• TTL/CMOS 兼容邏輯輸入

• 雙向、負載連接的RLY1和RLY2觸點，可用于60伏巔峰交流或直流操作

• 支持2安培連續負載能力的RLY1和RLY2觸點，交流或直流

• 一個負載集體電源引腳，用于為外部電路供電，功率最高達10 mW

• SET或TOGGLE脈沖后的開通時間為1微秒（最大）;重置或切換脈沖后的互補關電時間也是1微秒（最大）

• 由于在負載供電模式下以零電流切換，電磁干擾（EMI）減少

• 靜音操作，因為沒有EMR咔嗒聲

結論

將傳統干觸點、無源溫控器升級為需要本地電池或第三根電源線的有源溫控器，思路簡單但落地困難。Littelfuse CPC1601M 自鎖型 SSR 從根本上解決了兩線制取電難題，同時具備小型化、靜音、低功耗、高可靠等優勢，可顯著提升系統性能與一致性。