作者：Jeff Smoot 是 CUI Devices 應(yīng)用工程和運動控制部門副總裁

　　繼電器在無數(shù)消費、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用和系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們經(jīng)常在沒有通知的情況下被用于日常系統(tǒng)中。例如，在調(diào)節(jié)家用爐子、點擊電視遙控器或操作電梯時都會使用繼電器。中繼最初的設(shè)想是在 1835 年用于建立遠(yuǎn)距離電報連接，隨后被改造用于電話交換機(jī)，并繼續(xù)可靠、不引人注目且高效地運行。

　　從實用的角度來看，繼電器的作用相當(dāng)于電氣開關(guān)。它們利用低功率信號來控制高功率電路，無論是在附近還是在遠(yuǎn)處。它們的固有設(shè)計有利于低功率信號和高功率電路之間的有效隔離，通常稱為電流隔離。這種隔離確保了用戶電氣系統(tǒng)的安全和穩(wěn)健運行。繼電器具有多功能性，因為它們可以用來調(diào)節(jié)單個電路或多個電路，并且可以用作放大器或斷路器。

　　遠(yuǎn)程控制設(shè)備電源的能力還可以轉(zhuǎn)化為增強(qiáng)的安全措施，特別是在可能對操作員造成人身危險的工業(yè)過程中。這些多功能設(shè)備有多種封裝可供選擇，提供不同的電流容量、安裝選項和物理占地面積，使它們與日常無處不在的開關(guān)一樣普遍。

　　繼電器——它們的工作原理

　　為了更好地理解該主題，繼電器可以分為兩種基本類型：機(jī)電式 (EMR) 和固態(tài)式 (SSR)。關(guān)鍵區(qū)別在于是否存在移動部件。

　　兩種類型中最古老的是機(jī)電式，包括觸點、電樞、彈簧和電磁體。在最基本的操作中，彈簧保持銜鐵的位置。施加電流后，電磁體對電樞施加吸引力，使其移動并閉合一組觸點，從而使電流能夠流過電路。

　　圖 1：機(jī)電繼電器的基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 (圖片來源：CUI Devices)

　　相反，固態(tài)繼電器出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 50 年代末，其基本用途與機(jī)電繼電器相同，但完全是電子式的，沒有移動部件。它們包括輸入電路、控制電路和調(diào)節(jié)電流的輸出電路。當(dāng)施加的電壓超過指定的吸合電壓時，控制電路觸發(fā)繼電器。一旦電壓低于壓差電壓，繼電器就會停用。

　　機(jī)電繼電器與固態(tài)繼電器(續(xù))

　　與任何電子元件技術(shù)一樣，機(jī)電繼電器和固態(tài)繼電器都具有需要考慮的獨特優(yōu)點和缺點。

　　由于其具有兩個世紀(jì)歷史的設(shè)計，機(jī)電繼電器是堅固耐用的設(shè)備，操作簡單，在一系列應(yīng)用中表現(xiàn)出可靠性，包括涉及高電流和危險環(huán)境的應(yīng)用。它們提供完全的電氣隔離，可以承受高電流和電壓浪涌，并且不受電磁干擾和射頻干擾 (EMI/RFI) 等電氣噪聲的影響。

　　然而，由于機(jī)電繼電器具有移動部件，隨著時間的推移，物理性能確實會發(fā)生退化，并且觸點可能會因腐蝕和氧化而損壞。它們可能容易受到接觸電弧的影響，從而導(dǎo)致點蝕和短路。它們的機(jī)械特性使它們?nèi)菀资艿經(jīng)_擊和振動引起的接觸彈跳，并且它們會產(chǎn)生自己的 EMI/RFI 噪聲。此外，外部磁場可能會影響其運行。

　　相比之下，固態(tài)繼電器由于其無移動部件的設(shè)計，可提供更長的使用壽命和功能，并且控制功率顯著降低。它們提供更快的開/關(guān)循環(huán)，消除電弧和觸點彈跳，并且不受外部機(jī)械沖擊、振動或磁場的影響。固態(tài)繼電器的工作電壓范圍比機(jī)電繼電器低，因此適用于電子設(shè)備，但不太適合高功率應(yīng)用。

　　然而，由于其獨特的設(shè)計，固態(tài)繼電器可能容易受到電壓或電流瞬變以及 EMI/RFI 噪聲的影響。它們往往比機(jī)械同類產(chǎn)品產(chǎn)生更多的熱量，并且可能對環(huán)境溫度敏感。值得注意的是，使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體開關(guān)本質(zhì)上不可能實現(xiàn)控制信號和負(fù)載之間的完全電氣隔離，但可以使用光電耦合器件中的光電元件來實現(xiàn)，從而隔離輸入和輸出信號。

　　圖 2：固態(tài)繼電器的基本內(nèi)部原理圖。 (圖片來源：CUI Devices)

　　常見繼電器類型

　　有多種繼電器類型可供選擇，每種類型都針對特定的應(yīng)用要求進(jìn)行了定制。值得注意的是，制造商可能為其產(chǎn)品使用略有不同的術(shù)語，但以下是主要繼電器類型的概括總結(jié)：

　　通用：這些是常見的機(jī)電繼電器，可在 12 至 230 伏范圍內(nèi)的交流或直流電流下工作，并可控制 2 至 30 安培的電流。

　　信號：信號繼電器用于控制低功率負(fù)載，通常小于 2 安培。有關(guān)更多信息，您可以參閱 CUI Devices 的“信號繼電器 – 了解基礎(chǔ)知識”文章。

　　功率：功率繼電器專門設(shè)計用于管理高功率負(fù)載、最大限度地減少熱量產(chǎn)生并減少電弧。有關(guān)更多信息，您可以參考 CUI Devices 的“功率繼電器簡介”文章。

　　機(jī)器控制：這些是重型且堅固的繼電器，適用于大型工業(yè)應(yīng)用。

　　鎖存：鎖存繼電器保持其置位或復(fù)位狀態(tài)(ON 或 OFF)，直到收到反相電壓信號。

　　簧片：簧片繼電器結(jié)構(gòu)緊湊且運行迅速。它們使用電磁體來控制一個或多個密封簧片開關(guān)，從而免受外部污染物或濕氣的影響。

　　零開關(guān)：這些繼電器在施加控制電壓時激活負(fù)載，并且負(fù)載電壓接近于零。當(dāng)控制電壓移除時，它們會停用負(fù)載。

　　圖 3：繼電器零開關(guān)的基本原理。 (圖片來源：CUI Devices)

　　峰值開關(guān)：峰值開關(guān)繼電器在施加控制電壓且負(fù)載電壓處于峰值時激活負(fù)載。當(dāng)控制電壓移除且電流負(fù)載接近零時，它們會停用負(fù)載。

　　即時接通：當(dāng)施加啟動電壓時，即時接通繼電器立即激活負(fù)載。

　　時間延遲：時間延遲繼電器包含一個內(nèi)置定時器，可根據(jù)時間控制事件。

　　模擬開關(guān)：模擬開關(guān)繼電器將輸出電壓作為輸入電壓的函數(shù)進(jìn)行管理，從而允許在繼電器額定值內(nèi)實現(xiàn)無限的輸出電壓。

　　光耦合：這些是固態(tài)繼電器，通過響應(yīng)內(nèi)部光源進(jìn)行切換，在控制電路和電源電路之間提供隔離。

　　軍用/高可靠性：這些繼電器經(jīng)過專門設(shè)計，可在苛刻和惡劣的環(huán)境中運行。

　　繼電器可進(jìn)一步分為常開型 (NO)，其中觸點打開且電路未通電;或常閉型 (NC)，其中觸點在電路未通電時閉合?？傊?dāng)不通電時，繼電器通常指定為 NO 或 NC。

　　額定值和配置

　　繼電器的額定值基于其通過設(shè)備安全切換電力的能力。這些額定值分為交流或直流，通常以安培表示。繼電器的額定值必須等于或大于它將控制的設(shè)備，這一點至關(guān)重要。

　　繼電器能夠同時控制多個電路，并被指定以指示其特定特性。如果熟悉極點和投擲，這些名稱包括 SPST、DPDT、3PDT 和 SP3T。

　　除了桿數(shù)和投擲數(shù)之外，繼電器還可以使用術(shù)語“形式”來描述重要特征。 “1 Form A”或“2 Form C”等短語強(qiáng)調(diào)了兩個關(guān)鍵信息。形式類型指示開關(guān)是常開還是常閉，如果是 SPDT 開關(guān)，則指示它們是“先斷后合”還是“先合后斷”。表格前的數(shù)字(1 或 2)表示繼電器內(nèi)可用的該類型觸點的數(shù)量。一些常見的樣式包括：

　　A 型 - 常開

　　B 型 - 常閉

　　C 型 - 先斷后合 SPDT 開關(guān)

　　D 型 - 先合后斷 SPDT 開關(guān)

　　結(jié)論

　　由于設(shè)計簡單且運行可靠，繼電器被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)和市場的設(shè)備和系統(tǒng)中。繼電器最初是電報系統(tǒng)的基本組件，甚至對計算機(jī)的早期發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，如今仍然保持著其重要作用，確保從遠(yuǎn)程位置安全有效地控制電動設(shè)備。

　　為了滿足工程師對低電平或高電平電流開關(guān)的要求，CUI Devices 提供了具有各種額定值和配置的全面的電源和信號繼電器選擇。