今天和大家學(xué)習(xí)一下繼電器的基本知識、使用方法和典型應(yīng)用電路。
1.繼電器的基本含義
繼電器是常用的開關(guān)型電控器件，根據(jù)工作原理、結(jié)構(gòu)和功能的不同，可以分為電磁繼電器、固態(tài)繼電器、時間繼電器、溫度繼電器、光繼電器等。本文中主要介紹電磁繼電器。
電磁繼電器主要由線圈、銜鐵和觸點構(gòu)成，其中線圈是繼電器的輸入部分，觸點是繼電器的輸出部分，當(dāng)線圈有合適的電流流過時，根據(jù)電磁效應(yīng)，會產(chǎn)生磁場吸附銜鐵，從而使觸點動作。電磁繼電器經(jīng)常用于控制回路中，實現(xiàn)小電流控制大電流的目的。電磁繼電器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1 - 繼電器的結(jié)構(gòu)組成
2.繼電器的基本參數(shù)
在繼電器選型時，需要了解其基本的參數(shù)，這些參數(shù)包括：線圈電壓、觸點容量、觸點接觸電阻，釋放電壓等。
線圈電壓就是繼電器正常工作時加在線圈兩端的電壓，在購買繼電器時，被經(jīng)常問道：你要幾伏的繼電器，這里就是指繼電器的線圈電壓。
觸點容量是指繼電器帶負(fù)載的能力，如2A/30VDC，20A/220VAC；
釋放電壓，是指隨著線圈兩端的電壓下降，觸點復(fù)位時所對應(yīng)的電壓。
2- 繼電器實物圖
繼電器的觸點，一般有常開、常閉、常開/常閉組合類型。
3.繼電器如何驅(qū)動
學(xué)過單片機的朋友都知道，在單片機開發(fā)板上繼電器基本是標(biāo)配，通過控制繼電器來學(xué)習(xí)單片機的IO口如何配置為輸出。對于小功率的繼電器，可以通過三極管來驅(qū)動，使用NPN三極管和PNP三極管驅(qū)動繼電器的電路圖如下。
NPN三極管驅(qū)動繼電器
用NPN三極管驅(qū)動繼電器的時候需要將繼電器接在三極管的集電極上，并在線圈上并聯(lián)一個反向二極管，典型原理圖如圖3所示。
3- NPN三極管驅(qū)動繼電器
上圖中，基極上的電阻為限流電阻，防止基極電流過大將三極管燒壞；基極和發(fā)射極之間的電阻叫做下拉電阻，單片機的IO口在初始化的時候，電平可能是不確定的狀態(tài)，下拉電阻將基極下拉到低電平使三極管截止，從而防止了繼電器的誤動作。
當(dāng)基極的信號是高電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電，繼電器觸點動作；
當(dāng)基極的信號是低電平時，三極管截止，繼電器線圈失電，繼電器觸點復(fù)位；
PNP三極管驅(qū)動繼電器
用PNP三極管驅(qū)動繼電器的時候需要將繼電器接在三極管的集電極上，并在線圈上并聯(lián)一個反向二極管，典型原理圖如圖4所示。
4-PNP三極管驅(qū)動繼電器
上圖中，基極上的電阻為限流電阻，防止基極電流過大將三極管燒壞；基極和發(fā)射極之間的電阻叫做上拉電阻，單片機的IO口在初始化的時候，電平可能是不確定的狀態(tài)，上拉電阻將基極拉到高電平使三極管截止，從而防止了繼電器的誤動作。
當(dāng)基極的信號是低電平時，三極管導(dǎo)通，繼電器線圈得電，繼電器觸點動作；
當(dāng)基極的信號是高電平時，三極管截止，繼電器線圈失電，繼電器觸點復(fù)位；
續(xù)流二極管的作用
上面兩種驅(qū)動方式，都在線圈上方向并聯(lián)了一個二極管，該二極管叫做續(xù)流二極管。由于繼電器的線圈呈現(xiàn)感性特性，在斷電時流過線圈的電流不會發(fā)生突變，會感應(yīng)出反向電動勢，該反向電壓可能會超過三極管的耐壓值將三極管損壞，為避免這種情況。加了一個反向的續(xù)流二極管，在斷電瞬間給反向電動勢提供了一條泄放通道，從而保護了三極管。
4.繼電器如何節(jié)能
現(xiàn)在用戶對功耗比較敏感，要求功耗盡可能的小，而性能不打折扣。對于繼電器而言這一點非常明顯，有些繼電器的線圈電阻非常小，在啟動、工作時所需要的電流非常大。
繼電器在動作的瞬間需要較大的電流，而在動作以后只需要較小的維持電流就可以讓繼電器保持動作狀態(tài)。所以只需要在繼電器動作后，降低線圈流過的電流即可實現(xiàn)繼電器驅(qū)動的節(jié)能。
5-繼電器節(jié)能
節(jié)能方式有兩種，介紹如下：
降壓的方式實現(xiàn)節(jié)能
繼電器在啟動時加在線圈兩端的電壓為額定電壓，當(dāng)繼電器動作穩(wěn)定大約100-500ms之后，將線圈兩端的電壓降至釋放電壓以上，這樣加在線圈兩端的電壓小了，流過線圈的電流就小了。如圖5左側(cè)所示。
PWM方式實現(xiàn)節(jié)能
這最常用的節(jié)能方式，用PWM來驅(qū)動三極管或者MOS管的控制端，以降低線圈兩端的平均電壓，從而實現(xiàn)線圈的節(jié)能。
以上兩種方式的大致波形如圖6所示。
6-繼電器節(jié)能
5.固態(tài)繼電器的基本知識
電磁繼電器的觸點是機械式的，在大電流分?jǐn)嗟臅r候，容易產(chǎn)生電弧，觸點長久工作在電弧的環(huán)境中會被腐蝕，從而失效，所以電磁繼電器的觸點都是具有工作壽命的。而固態(tài)繼電器是完全電子式的繼電器，其觸點是由MOS管或者可控硅來實現(xiàn)的，電子式的觸點不存在電弧問題，所以固態(tài)繼電器的觸點沒有壽命的限制，且動作響應(yīng)非常快不存在抖動問題，噪音較小。
固態(tài)繼電器的主要構(gòu)成
固態(tài)繼電器分為交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器主要由光耦和可控硅構(gòu)成；而直流固態(tài)繼電器主要由光耦和MOSFET構(gòu)成。
固態(tài)繼電器的過零檢測
固態(tài)繼電器可以分為帶過零檢測和不帶過零檢測的。交流負(fù)載中，不帶過零檢測的情況下，只要輸入端有觸發(fā)信號，觸點就動作；而帶過零檢測的，在輸入端有觸發(fā)信號后，觸點等到負(fù)載端出現(xiàn)一次過零后才動作。
7-固態(tài)繼電器
固態(tài)繼電器的觸點是電子式的，過大電流時需要帶大面積的散熱片，相比電磁繼電器而言，價格比較貴。
電磁繼電器和固態(tài)繼電器各有優(yōu)缺點。
以上就是繼電器相關(guān)的基本知識，歡迎大家留言討論吧。在下次章節(jié)中將會和大家學(xué)習(xí)蜂鳴器相關(guān)的知識。
審核編輯：劉清