一、繼電器的基本含義

繼電器是人們最常用的開關型電子控制裝置，根據其工作原理、結構和功能可分為電磁繼電器、固態繼電器、時間繼電器、溫度繼電器和光繼電器。本文主要討論電磁繼電器。

電磁繼電器主要由線圈、銜鐵、觸點組成，線圈為繼電器的輸入元件，觸點為繼電器的輸出元件。根據電磁效應，當線圈中有適當的電流通過時，會產生磁場，吸引銜鐵，使觸點產生咔嗒聲。為了用小電流來控制大電流，電磁繼電器經常用于控制電路中。電磁繼電器的內部結構如圖1所示。

圖1 繼電器結構組成

二、繼電器基本參數

在選擇繼電器時，了解繼電器的基本特性非常重要。這些特性包括線圈電壓、接觸容量、接觸電阻、釋放電壓等。

繼電器正常工作時，線圈電壓就是加在線圈兩端的電壓。購買繼電器時，經常會問“要多少伏的繼電器？”。

“觸點容量”一詞描述了繼電器處理負載的能力，例如 2A/30VDC 或 20A/220VAC；

當線圈兩端的電壓降低時，觸點復位的電壓稱為釋放電壓。

圖2 繼電器實物圖

常開、常閉和常開/常閉組合類型的繼電器連接都很常見。

Ⅲ. 繼電器的操作方法

繼電器基本上是單片機開發板上的標配，學過單片機的朋友都知道。通過控制繼電器，可以學會如何將單片機的IO口設置為輸出。晶體管可以用來驅動小功率的繼電器。下面是使用NPN和PNP晶體管驅動繼電器的電路圖。

NPN晶體管驅動繼電器

使用 NPN 晶體管操作繼電器時，需要在繼電器的集電極上并聯一個反向二極管，該二極管與線圈并聯。圖 3 顯示了標準原理圖。

圖3 NPN晶體管驅動繼電器

上圖中，基極和發射極之間的下拉電阻和基極上的限流電阻的作用是防止基極電流損壞三極管。單片機IO口初次初始化時，電平可能為零。下拉電阻通過將基極拉低至低電平，在未知情況下禁用晶體管，防止繼電器失效。

基極信號為高電平時，三極管導通，繼電器線圈得電，繼電器觸點吸合；

基極信號為低電平時，三極管截止，繼電器線圈失電，繼電器觸點復位；

PNP晶體管驅動繼電器

使用PNP三極管驅動繼電器時，需在繼電器線圈端接三極管集電極，并在線圈上并聯一個反向二極管，典型原理圖如圖4所示。

圖4 PNP晶體管驅動繼電器

上圖中，基極和發射極之間的下拉電阻和基極上的限流電阻的作用是防止基極電流損壞三極管。單片機IO口初次初始化時，電平可能為零。下拉電阻通過將基極拉低至低電平，在未知情況下禁用晶體管，防止繼電器失效。

基極信號為高電平時，三極管導通，繼電器線圈得電，繼電器觸點吸合；

基極信號為低電平時，三極管截止，繼電器線圈失電，繼電器觸點復位；

續流二極管的作用

前兩種驅動方式中，線圈上方并聯了一個續流二極管，繼電器線圈由于電感特性，會感應出反向電動勢，斷電時流過線圈的電流不會發生突變，如果反向電壓超過三極管的耐壓值，三極管就會損壞，應避免這種情況。為了在斷電時保護三極管，增加了一個反向續流二極管，為反向電動勢提供泄放通道。

四、繼電器如何節能

如今，用戶非常關心功耗問題，希望在不犧牲性能的情況下盡可能降低功耗。對于繼電器來說，這一點非常明顯。由于線圈電阻極低，一些繼電器需要大量電流才能啟動和運行。繼電器需要大電流才能激活，但激活后只需少量維持電流即可保持動作狀態。因此，為了實現繼電器驅動器的節能，流過線圈的電流

圖5 繼電器節能

有兩種技術可以節約能源：

通過下降來節約能源

繼電器接通時，線圈兩端施加額定電壓。繼電器動作穩定后，線圈兩端電壓降低至釋放電壓以上，持續 100 至 500 毫秒。這樣，線圈兩端就會施加較小的電壓，線圈中流過的電流也會很小。圖 5 左側說明了這一點。

PWM 技術節能

目前最流行的節能技術是利用PWM來驅動三極管或者MOS管的控制端，降低線圈兩端的平均電壓，從而達到線圈節能的效果。

圖6描繪了上述兩種模式的粗略波形。

圖6 繼電器節能

Ⅴ.固態繼電器的基礎知識

電磁繼電器的觸點是機械的，大電流很容易斷掉，產生電弧，長期在電弧環境中工作，觸點會腐蝕失效，所以電磁繼電器的觸點是有使用壽命的。固態繼電器是全電子繼電器，觸點采用MOS管或晶閘管實現，電子連接不存在電弧問題，所以固態繼電器觸點壽命無限長，反應速度快，噪音小，無抖動問題。

固態繼電器的基本元件

固態繼電器分為交流固態繼電器和直流固態繼電器兩大類，交流固態繼電器主要元件為光耦合器和晶閘管，直流固態繼電器主要元件為光耦合器和MOSFET。

固態繼電器的過零檢測

固態繼電器有帶過零檢測和不帶過零檢測兩種類型，對于不帶過零檢測的交流負載，若輸入端有觸發信號，觸點立即動作，對于帶過零檢測的負載端，若輸入端有觸發信號，觸點要等到負載端有過零檢測時才動作。

圖 7 固態繼電器

固態繼電器有電子觸點，當電流過大時，需要大面積的散熱器，價格比電磁繼電器高。

固態繼電器和電磁繼電器都有優點和缺點。