继电器

继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路),通常应用于自动控制电路中,它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁继电器的工作原理和特性

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。

这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

电路原理

继电器是一种当输入量变化到某一定值时,其触头(或电路)即接通 或分断交直流小容量控制回路。

由永久磁铁保持释放状态,加上工作电压后,电磁感应使衔铁与永久磁铁产生吸引和排斥力矩,产生向下的运动,最后达到吸合状态。

晶体管驱动驱动电路

当晶体管用来驱动继电器时,推荐用NPN三极管。具体电路如下:
● 当输入高电平时,晶体管T1饱和导通,继电器线圈通电,触点吸合
● 当输入低电平时,晶体管T1截止,继电器线圈断电,触点断开

电路中各元器件的作用:
● 晶体管T1为控制开关
● 电阻R1主要起限流作用,降低晶体管T1功耗
● 电阻R2使晶体管T1可靠截止
● 二极管D1反向续流,为三极管由导通转向关断时为继电器线圈中的提供泄放通路,并将其电压箝位在+12V上。

集成电路驱动电路

目前已使用多个驱动晶体管集成的集成电路,使用这种集成电路能简化驱动多个继电器的印制板的设计过程。

当2003输入端为高电平时,对应的输出口输出低电平,继电器线圈两端通电,继电器触点吸合;当2003输入端为低电平时,对应的输出口呈高阻态,继电器线圈两端断电,继电器触点断开。

继电器串联 RC 电路:这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路中。当电路闭合时,继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线圈中电流的增大,从而延长了吸合时间,串联上 RC 电路后则可以缩短吸合时间。


24V 继电器的驱动电路

原理是电路闭合的瞬间,电容 C 两端电压不能突变可视为短路,这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电源电压加到线圈上, 从而加快了线圈中电流增大的速度,使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容 C 不起作用,电阻 R 起限流作用。

继电器额定工作电压的选择

继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。在使用继电器时,应该首先考虑所在电路(即继电器线圈所在的电路)的工作电压,继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。

一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压,否则继电器线圈容易烧毁。

另外,有些集成电路,例如NE555电路是可以直接驱动继电器工作的,而有些集成电路,例如 COMS 电路输出电流小,需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器,这就应考虑晶体管输出电流应大于继电器的额定工作电流。

来源:电子电路

围观 5

作者:睿博士

电感和电感器

电感(inductor)是一个绕在磁性材料上的导线线圈(coil),电感通以电流时产生磁场(magnetic field),磁场很懒,不喜欢变化,结果呢,电感就成为阻碍其电流(current)变化的元件。

如果流过电感的电流恒定,电感就很高兴,不用对电子流出任何力(force),此时的电感线圈就是普通导线。

如果我们想中断电感中的电流,电感就会出力(电动势,EMF),试图维持其中电流。如果电感自身构成回路,电路中又没有电阻(resistance),那么理论上,电子流永远在循环流动。但是,除非我们采用超导体,否则所有的导线都对电流有阻碍作用,最终电感电流将衰减(decay)为零,且电阻越大,衰减越快。不过,感抗(inductance)越大,衰减则越慢。如图1所示。


图1 中断电感电流时储存的能量释放

一旦电流变为零,由于电感总是试图阻碍电流变化,此时它又想维持电路电流为零。

所以,当我们把电感接入电路中时,电感马上出力,试图阻碍电流增加,但是电流还是慢慢在增加。电感感抗越大,电流增大的速度越慢。当电流不再增加而到达稳态值后,电感又乐不可支了,不用再出力了! 如图2所示。



图2 电感电路ON

当我们切断电感中的电流时,电感又出力想维持稳态电流值。如果此时电感与一个电阻相连,则电阻两端的电压是其电阻值与电流的乘积。由于电感最大的本事就是阻止电流的突变,因此,不管电阻值是多少,在电路被切断后的瞬间,电感中的电流与切断前是一样的。如果电阻值很大,则电流与电阻的乘积也非常大,结果,电感上会产生瞬时的高电压。如图3所示。



图3 电感电路OFF

由于电感中的电流不能突变,如果要切断电感电路,我们总是需要提供电感电流释放回路。假如没有提供释放回路,电感电流就会自寻通道,比如,通过空气释放,通过开关触点或者其他不应导电的元件释放。短时间的高电压将对电路产生极大的破坏。

电感器能够产生高电压的能力在电源设计时非常有用,但也意味着,在没有准备好释放通路时不可以随便切断电感电路。

续流二极管

从图中可以看出断电时EMF产生的瞬时高压(数倍甚至数十倍于电源电压)如果无处释放,会对电路的其他元件造成损害,而如果提供释放回路,又怎么能适时接通呢?即电感电路接通时,释放回路不通,而电感电路断开时释放回路就接通。如图4所示。


图4 释放回路接通的时机

电阻是双向导电的,而二极管就具有单向导电特性。因此我们采用如图5所示的电路,图中并联在电感两端的二极管称为续流二极管(flyback diode或flywheel diode)。


图5 续流二极管电路

续流二极管的作用

续流二极管通常和储能元件一起使用,其作用是防止电路中电压电流的突变,为反向电动势提供耗电通路。电感线圈可以经过它给负载提供持续的电流,以免负载电流突变,起到平滑电流的作用!在开关电源中,就能见到一个由二极管和电阻串连起来构成的的续流电路。这个电路与变压器原边并联。当开关管关断时,续流电路可以释放掉变压器线圈中储存的能量。


续流二极管工作原理图

BUCK电路中续流二极管的选择


BUCK电路图

BUCK电路中一般选择快速恢复二极管或者肖特基二极管来作为"续流二极管",它在电路中一般用来保护元件不被感应电压击穿或烧坏,以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端,并与其形成回路,使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗,从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。

理论上二极管选用至少2倍于最大电流,实际使用时,由于二极管的瞬间抗过载能力较强,使用最大电流50A的超快速二极管也行,加上合理的散热片,实际使用中一般少有损坏。导通时的总阻抗是 电机内阻+驱动管等效内阻。续流时的总阻抗是 电机内阻+续流二极管等效内阻。一般情况下,由于续流二极管的交流等效内阻要比驱动三极管的交流等效内阻小。所以常规设计,一般续流二极管的最大电流,取二倍于电机最大电流。

瞬态电流只是一瞬间,面接触型二极管的抗过载能力还是可以的,只要不过压即可,必要时串个小阻值电阻进行限流。续流二极管是为了保护开关器件,续流时的瞬态电流跟电机的工作电压和绕组内阻有关,跟电机功率无关,真要计算的话,瞬态电流的峰值是反向自感电压减去二极管结压降再除以回路电阻。这里之所以还要用一定电流以上的二极管是因为低压大功率电机的绕组内阻较低,所以瞬态电流会比较大,串个小阻值电阻就可以抑制峰值电流,因此造成的开关管瞬态加压的些许上升因为工作电压本来就不高,所以根本不必担心,现在的晶体管耐压至少都在50V以上。

继电器续流二极管的选择

继电器并联的二极管,不是什么BUCK电路中的续流二极管,由于继电器线圈的是感性负载,作用是吸收驱动三极管在断开时继电器线圈的自感电压,根据楞次定律,电感上的电流在减小时,会产生一个自感电压,这个电压的方向是正电源端为负,驱动管集电极为正,这个电压会击穿三极管,所以在继电器上并联一个吸收二极管,吸收这个自感电压。

第一,电路ms级以下时间参数对机械触点影响给予忽略
第二,即便是1N4000反向恢复时间也远低于ms,正向导通时间更小
第三,驱动管极间电容,继电器寄生电容足以使高速二极管无用武之地
第四,电感储能的消耗主要依靠饶组电阻,一般处于过阻尼状态

对于图中的开关,我们经常使用晶体管。如图所示,用一个晶体管TR1去控制继电器线圈(relay coil)的导通,继电器触点再去控制负载电路。

继电器线圈的续流电路

二极管负极接直流电源正极,继电器线圈断电时,二极管因势利导,为线圈高电压提供释放途径。如果没有续流二极管,晶体管断开时在线圈两端产生的高电压将对晶体管电路造成极大的损坏,此时续流二极管起到了保护作用。

为此,经常将二极管直接和继电器做在一起,如图所示。

触点的保护电路一

般感性负载比电阻性负载更容易使触点受到损作,如果使用适当的保护电路可以使感性负载对触点的影响与电阻性负载基本相当,但请注意如果不正确使用,可能会产生反效果。

下表是触点保护电路的代表性例子。


注意请避免下表中所列的触点保护电路。

续流二极管的电路

续流二极管应该加到感性负载的两端,这里说的感性,就是具有电感特性,而不是性感。感性负载的特性就是电流不能突变,也就是说,不可能一下子就没了,也不可能一下子就有了,需要有个过程。

常见的感性负载有继电器线圈、电磁阀。

为什么要加续流二极管

感性负载会产生感应电动势,感应电动势的方向和加在它两端的电压方向是相反的,当感性负载突然断电,感应电动势还在,由于感应电动势与原来的电压方向相反,在没有断电的时候,还有原来的电压与之抵消,断电后就没有与感应电动势抵消的电压了,这个感应电动势就有可能造成电路中的元器件损坏,加个二极管以后,这个二极管正好与感性负载形成了一个闭合回路,回路中的电流方向正好和二极管是正向导通的,就可以释放感应电动势的电流了。

可以作为续流二极管的型号

普通二极管如1N4007就可以作为续流二极管,不过,最好是用快速恢复二极管或者肖特基二极管。

快速恢复二极管可以用:FR107、1N4148

肖特基二极管可以用:1N5819

看二极管datasheet的什么参数

二极管的耐压,就是反向能加多大电压,你可以看到,续流二极管在电路中是反向连接的。比如你的电路中,线圈加的是12V,那么你的二极管方向耐压值就必须要大于12V才行。不过一般的二极管反向耐压值都非常高。

二极管的最大正向导通电流,比如1N4148最大正向导通电流是150mA,那么如果你的线圈电流太大,就会烧坏续流二极管。所以1N4148只适合小电流的线圈保护,比如5V的继电器。

实践经验

凡是电路中的继电器线圈两端和电磁阀接口两端都要接续流二极管。接法如上面的图,二极管的负极接线圈的正极,二极管的正极接线圈的负极。不过,你要清楚,续流二极管并不是利用二极管的反方向耐压特性,而是利用二极管的单方向正向导通特性。

如果懒得看二极管的datasheet参数,就用FR107吧,通吃一般应用。

实践示例:

上海凝睿电子科技有限公司(简称NR-ESC)成立于2008年10月,位于上海市闵行高科技产业园区,提供电子研发领域的全方位服务,专注于为电子类企业、电子产品设计公司、电子相关专业高校师生及电子工程师、创客在产品研发、试制及量产阶段提供专业的嵌入式设计、PCB Layout、PCB制造、元器件采购、样板焊接、中小批量生产、BGA返修、生产工艺优化、测试优化、知识产权服务等全方位配套支持业务。

来源:凝睿研发工程服务

围观 9

额定持续负载电流高达1A DC/1Arms

2018年11月21日讯 -现隶属于Littelfuse, Inc.的IXYS集成电路部今天推出CPC1984Y,这款600V常开功率SIP继电器的额定持续负载电流高达1A DC/1Arms,是该公司最畅销功率继电器负载电流的两倍。 这款高度可靠的器件采用光耦合MOSFET技术提供4000Vrms输入与输出隔离。 实际上,CPC1984Y SIP继电器可在4000Vrms隔离电压条件下提供最佳的负载电压和负载电流组合。 光耦合输出采用IXYS ICD获得专利的OptoMOS结构,并由高效红外LED控制。

CPC1984Y的典型导通电阻额定值仅为0.51欧姆,最大额定值仅为0.66欧姆,相比同类产品可提供显著更低的导通电阻。 其600V的阻断电压可为通用电源的110Vrms/220Vrms电源线应用提供充足的设计余量。

“通过结合600V的额定阻断电压与1A的负载电流处理能力,CPC1984Y SIP继电器非常适合各种高性能开关应用。”IXYS集成电路部总经理兼副总裁Mark Heisig表示。 “这包括工业和电机控制、公用事业电表、仪表、医疗设备和家用电器。”

CPC1984Y SIP继电器具有以下关键优势:
  •  较低的驱动电源要求,可减少CPC1984Y的功率消耗。
  •  开关时不需要使用缓冲电路来抑制电弧。
  •  UL 94 V-0的易燃额定值可确保该器件的塑料包装具有高阻燃性。

供货情况

CPC1984Y SIP功率继电器已开始量产,样品可通过任何IXYS ICD授权经销商获取。 如要查看IXYS ICD经销商名单,请访问 www.IXYSIC.com 。其采用4引脚(8引脚主体)功率SIP封装,每管25只。

更多信息

可通过以下方式查看更多信息:功率继电器(基于MOSFET)页面。如有技术问题,请联系:IXYS ICD营销与技术支持

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