繼電器驅動原理詳解(Relay)


電磁繼電器(electromagnetic relay)是一種電子控制器件,它具有控制系統(輸入迴路)和被控制系統(輸出迴路),通常應用於自動控制電路中,它是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電壓的一種開關控制方式,在電路中起着自動調節、安全保護、轉換電路等作用,並且能夠實現遙控和生產自動化。
通常稱之爲,弱電控制強電

 

繼電器內部結構

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繼電器的組成包括一個動觸點B和兩個靜觸點A和C。
常態時,動觸點B與靜觸點A接觸,即處於閉合狀態,稱爲常閉觸點;

把繼電器線圈未通電時處於接通狀態的靜觸點稱爲“常閉觸點”;
normally closed(NC);

動觸點B與靜觸點C處於斷開狀態,稱爲常開觸點。

把繼電器線圈未通電時處於斷開狀態的靜觸點,稱爲“常開觸點”
normally open(NO)。

常閉觸點和常開觸點共用的動觸點B稱之爲公共觸點

 

繼電器工作原理

當線圈通電時,其動觸點B與靜觸點A立即斷開並與靜觸點C閉合,切斷靜觸點A控制線路,接觸靜觸點C的控制線路。

當線圈斷電時,動觸點復位,即動觸點B與靜觸點C斷開並與靜觸點A復位閉合,切斷靜觸點C的控制線路,接通靜觸點A的控制線路。

當線圈兩端沒有施加電壓時,線圈沒有產生磁力,彈簧的拉力使公共觸點與常閉觸點接觸,此時被控電源與用電器沒有連通,用電器負載不工作。

當閉合開關,即線圈兩端施加一定的電壓時,線圈電流使鐵芯產生磁力將銜鐵吸下來,從而使公共觸點與常開觸點接觸,從而使被控電源與用電設備連通,用電器負載開始工作,具體如下圖所示。

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從電磁繼電器的控制原理可以看出,繼電器線圈電壓沒有正負之分,因爲無論正向還是反向電流,線圈都會產生吸力。

當然,有些繼電器可能內部加了其他功能部件,比如續流二極管、指示燈之類的,這時候應該嚴格參考規格書進行電壓極性的施壓,否則將燒燬輔助配件。

繼電器應用

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在畢業設計的電子作品中,繼電器很常見,一般諸如:控制類畢設都會用到,比如遙控風扇、智能電燈、智能加溼器、智能門鎖、智能插座、智能電飯煲等等,其實這些控制就是負載不同,實現的原理基本是相同的。

當然上面只是做畢設時使用,真正做產品還要考慮其他因素,比如:噪音、壽命。

入門

直接使用模塊
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進階

自己繪製原理圖
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當L293D_1Y輸出高電平5V時,三極管未導通,此時電磁鐵斷電,繼電器的COM端與CLOSE引腳相連,J81端子沒有電壓輸出,連接負載,負載不工作;

當L293D_1Y輸出低電平0V時,三極管導通,此時電磁鐵通電,繼電器的COM端與OPEN引腳相連,J81端子有12V電壓輸出,連接負載,負載工作;

所以我們只要設計一個電路,讓單片機的I/O高低電平對應原理圖中三極管的導通和不導通兩種狀態,即讓單片機IO的高低對應電磁鐵的斷開和通電,那麼我們就實現了使用單片機的IO(弱電)控制用電器(強電)的功能。

這樣控制方式的好處

  1. 其一是控制電路與被控電路是相互絕緣隔離的,因此,被控電路即使有高電壓、大電流也不會影響控制系統,正如同光電耦合器隔離前後級電路的效果一致;

  2. 控制線圈的信號可以是弱信號(如5V),而被控制電源可以是強信號(如220VAC@10A),實現弱電控制強電,結合單片機實現自動化。

繼電器使用時注意事項

繼電器的使用應儘量符合產品說明書所列的各個參數範圍。

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特別注意以下幾個參數:

  • 線圈使用電壓

繼電器額定工作電壓

  • 瞬態抑制
  • 觸點負載
  • 切換速率
  • 繼電器線圈電源

直流電(DC)還是交流電(AC)

畢設答辯常見問題

1、爲什麼要在繼電器線圈上並聯一個二極管呢?

解釋1: 二極管作用:起續流作用。具體說來,就是在繼電器線圈斷電的時候,線圈兩端會產生一個自感電動勢,這個自感電勢會造成破壞,而在繼電器線圈兩端反向並聯一個二極管,爲自感電動勢提供一個放電電流回路(續流),進而起到保護作用,從功能上這個二極管叫續流二極管。

解釋2: 繼電器線圈斷電時,其中殘餘能量須以合適途徑釋放。如果沒有二極管,則能量以火花形式釋放,對電子開關損壞很厲害,時間久了對機械開關也會有明顯損壞。與繼電器線圈並聯二極管後,二極管負極接直流電源正極,繼電器線圈斷電時,二極管因勢利導,爲線圈電流繼續流動提供途徑,殘餘能量在線圈與二極管組成的迴路中較爲平緩地自我消耗掉,開關得到有效保護。

解釋3: 繼電器的線包相當於一個電感,電感的特性是電流不能突變,當關閉繼電器時線包的電流在關閉器件上產生很高的電壓,會把關閉器件打壞。這個二極管就給線包電流提供了一個迴路,使線包電流逐漸減小,保護了關閉器件。

2、並聯的二極管爲什麼選擇開關速度快的?

因爲普通二極管的單向導電特性取決於P型半導體與N型半導體接觸形成的PN結,由於結電容的存在,反應時間並不太短,開關斷開的瞬間,二極管還來不及導通,相當於沒有接二極管一樣。

所以二極管需要選擇肖特基二極管(也稱肖特基勢壘二極管,Schottky Barrier Diode,SBD)的單向導電性是由金屬與半導體接觸形成的,它的特點是開關速度快。

3、電磁繼電器和固態繼電器(SSR)有什麼區別啊?

固態繼電器樣子如下:
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固態繼電器廣泛應用於數字程控裝置、微電機控制、調溫裝置、數據處理系統及計算機終端接口電路,尤其適用於動作頻繁、防爆耐潮、耐腐蝕等特殊場合。

固態繼電器具有高壽命、高可靠、靈敏度高、控制功率小,電磁兼容性好,轉換速度快,電磁干擾小;

固態繼電器缺點:導通後的管壓降大,一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。

優點 缺點
電磁繼電器 低的殘留輸出電壓,不需要散熱片,價格便宜,無漏電流 開關速度慢,有噪音,產生電磁干擾,觸點壽命有限,大電流操作性能差,會產生電弧,開關動作不能完全同步
固態繼電器 控制功率低,可以實現同步開關,電磁干擾低,長壽命,響應時間快,無機械運動部件,抗震動,抗衝擊,防腐防潮,無噪聲動作 有殘留輸出電壓,通常需要散熱片,不適用小輸出信號,存在漏電流
4、不加三極管,直接用單片機的IO提供繼電器線圈的電流可以嗎?

通過翻閱STM32的以下章節,
I/O port characteristics
General input/output characteristics
Output driving current

我們可以得到,STM32 的 I/O口正常提供灌入和輸出電流爲+/-8mA,極限情況可以達到+/-20mA,同時要求總灌電流或總輸出電流不能超過150mA。

一般繼電器線圈的電流大約是多少安?
一般小功率繼電器是0.36-0.7W,最好辦法測量它的線圈電阻。I=V/R。

如下圖:
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經過測量,左邊線圈對應的兩個引腳之間的電阻R=1KΩ;
這是一個24VDC的繼電器,我們根據I=V/R,可得I=24mA;

這個電流值遠遠大於單片機IO所能提供的電流值,所以我們一般不使用單片機的I/O來提供大的電流,而如下圖所示,三極管的集電極電流卻很大,滿足我們的要求。

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所以我們需要設計一個外部電路,來提供這個電流,單片機的I/O只是起到一個觸發作用。

5、繼電器使用單片機的高電平觸發好呢還是低電平觸發好呢?

自己思考一下哈,可以留言討論一下哈


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