弱电控制强电:继电器的使用方法

IoT 2周前 admin
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大家好,从今日起我新建了一个电子类专栏,该专栏将逐个介绍电路设计过程中经常用到的元器件,力求以最简洁的文字描述,让大家快速的掌握元器件的使用方法,并学会如何设计硬件电路、如何设计电子产品,专栏持久更新。

0.前面的内容

前文《MOS管的知识,从概念到应用,一篇文章就够了》讲解了与MOS管相关的内容,今天主要讲解继电器有关的内容:

  1. 继电器的基本含义;

  2. 继电器的基本参数;

  3. 继电器如何驱动;

  4. 继电器如何实现节能;

  5. 固态继电器的基本知识;

今天和大家学习一下继电器的基本知识、使用方法和典型应用电路。

1.继电器的基本含义

继电器是常用的开关型电控器件,根据工作原理、结构和功能的不同,可以分为电磁继电器、固态继电器、时间继电器、温度继电器、光继电器等。本文中主要介绍电磁继电器。

电磁继电器主要由线圈、衔铁和触点构成,其中线圈是继电器的输入部分,触点是继电器的输出部分,当线圈有合适的电流流过时,根据电磁效应,会产生磁场吸附衔铁,从而使触点动作。电磁继电器经常用于控制回路中,实现小电流控制大电流的目的。电磁继电器的内部结构如图1所示。

弱电控制强电:继电器的使用方法1 - 继电器的结构组成

2.继电器的基本参数

在继电器选型时,需要了解其基本的参数,这些参数包括:线圈电压、触点容量、触点接触电阻,释放电压等。

线圈电压就是继电器正常工作时加在线圈两端的电压,在购买继电器时,被经常问道:你要几伏的继电器,这里就是指继电器的线圈电压。

触点容量是指继电器带负载的能力,如2A/30VDC,20A/220VAC;

释放电压,是指随着线圈两端的电压下降,触点复位时所对应的电压。

弱电控制强电:继电器的使用方法2- 继电器实物图

继电器的触点,一般有常开、常闭、常开/常闭组合类型。

3.继电器如何驱动

学过单片机的朋友都知道,在单片机开发板上继电器基本是标配,通过控制继电器来学习单片机的IO口如何配置为输出。对于小功率的继电器,可以通过三极管来驱动,使用NPN三极管和PNP三极管驱动继电器的电路图如下。

NPN三极管驱动继电器

用NPN三极管驱动继电器的时候需要将继电器接在三极管的集电极上,并在线圈上并联一个反向二极管,典型原理图如图3所示。

弱电控制强电:继电器的使用方法3- NPN三极管驱动继电器

上图中,基极上的电阻为限流电阻,防止基极电流过大将三极管烧坏;基极和发射极之间的电阻叫做下拉电阻,单片机的IO口在初始化的时候,电平可能是不确定的状态,下拉电阻将基极下拉到低电平使三极管截止,从而防止了继电器的误动作。

当基极的信号是高电平时,三极管导通,继电器线圈得电,继电器触点动作;

当基极的信号是低电平时,三极管截止,继电器线圈失电,继电器触点复位;


PNP三极管驱动继电器

用PNP三极管驱动继电器的时候需要将继电器接在三极管的集电极上,并在线圈上并联一个反向二极管,典型原理图如图4所示。

弱电控制强电:继电器的使用方法4-PNP三极管驱动继电器

上图中,基极上的电阻为限流电阻,防止基极电流过大将三极管烧坏;基极和发射极之间的电阻叫做上拉电阻,单片机的IO口在初始化的时候,电平可能是不确定的状态,上拉电阻将基极拉到高电平使三极管截止,从而防止了继电器的误动作。

当基极的信号是低电平时,三极管导通,继电器线圈得电,继电器触点动作;

当基极的信号是高电平时,三极管截止,继电器线圈失电,继电器触点复位;

续流二极管的作用

上面两种驱动方式,都在线圈上方向并联了一个二极管,该二极管叫做续流二极管。由于继电器的线圈呈现感性特性,在断电时流过线圈的电流不会发生突变,会感应出反向电动势,该反向电压可能会超过三极管的耐压值将三极管损坏,为避免这种情况。加了一个反向的续流二极管,在断电瞬间给反向电动势提供了一条泄放通道,从而保护了三极管。

4.继电器如何节能

现在用户对功耗比较敏感,要求功耗尽可能的小,而性能不打折扣。对于继电器而言这一点非常明显,有些继电器的线圈电阻非常小,在启动、工作时所需要的电流非常大。继电器在动作的瞬间需要较大的电流,而在动作以后只需要较小的维持电流就可以让继电器保持动作状态。所以只需要在继电器动作后,降低线圈流过的电流即可实现继电器驱动的节能。

弱电控制强电:继电器的使用方法5-继电器节能

节能方式有两种,介绍如下:

降压的方式实现节能

继电器在启动时加在线圈两端的电压为额定电压,当继电器动作稳定大约100-500ms之后,将线圈两端的电压降至释放电压以上,这样加在线圈两端的电压小了,流过线圈的电流就小了。如图5左侧所示。

PWM方式实现节能

这最常用的节能方式,用PWM来驱动三极管或者MOS管的控制端,以降低线圈两端的平均电压,从而实现线圈的节能。

以上两种方式的大致波形如图6所示。

弱电控制强电:继电器的使用方法6-继电器节能

5.固态继电器的基本知识

电磁继电器的触点是机械式的,在大电流分断的时候,容易产生电弧,触点长久工作在电弧的环境中会被腐蚀,从而失效,所以电磁继电器的触点都是具有工作寿命的。而固态继电器是完全电子式的继电器,其触点是由MOS管或者可控硅来实现的,电子式的触点不存在电弧问题,所以固态继电器的触点没有寿命的限制,且动作响应非常快不存在抖动问题,噪音较小。

固态继电器的主要构成

固态继电器分为交流固态继电器和直流固态继电器。交流固态继电器主要由光耦和可控硅构成;而直流固态继电器主要由光耦和MOSFET构成。

固态继电器的过零检测

固态继电器可以分为带过零检测和不带过零检测的。交流负载中,不带过零检测的情况下,只要输入端有触发信号,触点就动作;而带过零检测的,在输入端有触发信号后,触点等到负载端出现一次过零后才动作。

弱电控制强电:继电器的使用方法7-固态继电器

固态继电器的触点是电子式的,过大电流时需要带大面积的散热片,相比电磁继电器而言,价格比较贵。

电磁继电器和固态继电器各有优缺点。

以上就是继电器相关的基本知识,欢迎大家留言讨论吧。在下次章节中将会和大家学习蜂鸣器相关的知识。

弱电控制强电:继电器的使用方法

CAN FD协议及其与CAN2.0的异同

FPGA能做什么?比单片机厉害吗?

我在代码里故意留个漏洞,违法吗?

MOS管的知识,从概念到应用,一篇文章就够了


原文始发于微信公众号(玩转嵌入式):弱电控制强电:继电器的使用方法

版权声明:admin 发表于 2022年11月21日 上午7:33。
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