弱电控制强电:如何使用继电器?
Ⅰ.继电器的基本含义
经常使用被称为继电器的开关型电子控制装置。根据工作原理、结构和功能的不同，可分为电磁继电器、固态继电器、时间继电器、温度继电器和光继电器。电磁继电器是本文的主要主题。
线圈、电枢和触点构成了电磁继电器的主体。线圈是继电器的输入部件，触点是其输出部件。根据电磁效应，当线圈中有适当的电流流动时，就会产生磁场，吸引衔铁，引起触点点击动作。为了以小电流管理大电流，控制电路中经常使用电磁继电器。电磁继电器的内部结构如图1所示。
图1 继电器的结构组成
二.继电器基本参数
选择继电器时，了解继电器的基本特性非常重要。这些特性包括线圈电压、接触电容、接触电阻、释放电压等。
继电器正常工作时，线圈电压是施加在线圈两端的电压。购买继电器时，问题是“您想要多少伏的继电器？” 经常被摆出姿势。
术语“触点容量”描述了继电器处理负载的能力，例如2A/30VDC或20A/220VAC；
当线圈两端的电压降低时触点复位的电压称为释放电压。
图2 继电器实物图
常开、常闭以及常开/常闭组合类型的继电器连接都很常见。
三．继电器的操作方法
继电器本质上是单片机开发板上的标配，学过单片机的朋友都知道。您可以了解如何通过控制继电器将微控制器的 IO 端口设置为输出。晶体管可用于驱动低功率继电器。用NPN和PNP晶体管驱动继电器的电路图如下所示。
NPN晶体管驱动继电器
当使用NPN晶体管来操作继电器时，需要将继电器连接到晶体管的集电极和与线圈并联的反向二极管。图 3 显示了标准示意图。
图3 NPN晶体管驱动继电器
上图中，基极和发射极之间的下拉电阻以及基极上的限流电阻的作用是防止基极电流损坏三极管。当微控制器的IO端口最初初始化时，该电平可能为零。下拉电阻器通过将基极降低至低电平来在未知条件下禁用晶体管，从而防止继电器发生故障。
三极管导通，继电器线圈得电，基极信号为高电平时继电器触点吸合；
当基极信号为低电平时，三极管截止，继电器线圈失电，继电器触点复位；
PNP晶体管驱动继电器
当使用PNP晶体管驱动继电器时，需要将继电器连接到晶体管的集电极，并在线圈上并联一个反向二极管。典型原理图如图4所示。
图4 PNP晶体管驱动继电器
上图中，基极和发射极之间的下拉电阻以及基极上的限流电阻的作用是防止基极电流损坏三极管。当微控制器的IO端口最初初始化时，该电平可能为零。下拉电阻器通过将基极降低至低电平来在未知条件下禁用晶体管，从而防止继电器发生故障。
三极管导通，继电器线圈得电，基极信号为高电平时继电器触点吸合；
当基极信号为低电平时，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
在上述前两种驱动技术中，在线圈上方并联了一个续流二极管。由于继电器线圈的感应特性，在断电时会感应出反向电动势，流过线圈的电流不会突变。如果反向电压超过三极管的耐压额定值，就会损坏三极管。应该远离这种情况。为了在停电时保护三极管，增加了反向续流二极管，为反向电动势提供放电通道。
四．继电器如何节能
如今的用户关心功耗，并希望在不牺牲性能的情况下尽可能降低功耗。对于继电器来说，这是非常明显的。由于线圈电阻极低，一些继电器需要大量电流才能启动和运行。继电器需要很大的电流来激活，但激活后只需很小的维持电流即可维持动作状态。因此，要实现继电器驱动器的节能，需要通过线圈的电流
图5 继电器节能
有两种节能技术：
下降节省能量
继电器吸合时，在线圈两端施加额定电压。一旦继电器动作稳定100到500毫秒，线圈两端的电压就会降低到释放电压以上。这导致施加到线圈两端的电压很小，并且流过线圈的电流适中。图 5 的左侧说明了这一点。
节能的 PWM 技术
目前最流行的节能技术是利用PWM驱动三极管或MOS管的控制端来降低线圈两端的平均电压，从而达到线圈节能的目的。
图6描绘了上述两种模式的粗略波形。
图6 继电器节能
Ⅴ.固态继电器基础知识
电磁继电器的触点是机械触点。可以很容易地断开大电流，从而产生电弧。长时间在电弧环境下工作，触点会被腐蚀而失效。因此，电磁继电器的触点具有使用寿命。固态继电器是一种全电子继电器，其触点采用MOS管或晶闸管来实现。电子连接不会遇到电弧问题，因此固态继电器的触点具有无限的使用寿命并且具有快速的反应时间。噪音较小，并且没有抖动问题。
固态继电器的基本元件
交流固态继电器和直流固态继电器是固态继电器的两大类。光耦和晶闸管是交流固态继电器的主要元件，而光耦和MOSFET是直流固态继电器的主要元件。
固态继电器中的过零检测
有两种类型的固态继电器：检测过零的固态继电器和不检测过零的固态继电器。对于没有过零检测的交流负载，如果输入端有触发信号，该触点立即动作。对于有过零检测的负载端，如果输入端有触发信号，则接点会等待，直到负载端有过零才动作。
图7 固态继电器
固态继电器具有电子触点，当电流过大时，需要大面积的散热器。与电磁继电器相比，价格较高。