干货 | 弱电控制强电：聊聊继电器的使用方法

最新更新时间：2023-04-15

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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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。