繼電器是一種電控制開關器件,其本質是利用小電流去控制大電流的一種“自動開關”,或者說利用弱電去控制強電的一種控制方式。繼電器可分為傳統的電磁繼電器和固態繼電器。
電磁繼電器的工作原理傳統的電磁繼電器基本結構如圖1所示,通常由電磁鐵、銜鐵、彈簧、觸點(其中觸點又分為靜觸點和動觸點)四部分組成。當控制電路通電時,即給線圈兩端加上一定的電壓,線圈會產生一定的電流,因電磁效應電磁鐵會產生一定的吸力從而使銜鐵在克服彈簧的拉力作用下工作,觸點吸合,工作電路導通;當線圈兩端的電壓消失時,彈簧因形變產生的恢復應力使觸點斷開,工作電路關斷。因此,電磁繼電器通過控制觸點的吸合和釋放來控制工作回路的開通和關斷。
需要注意的是,這個關斷過程是在物理層面上的關斷,在關斷過后,因工作回路中在“物理”上不導通,即無法形成閉合的電源回路,不會產生漏電流。另外在觸點吸合的過程中,動觸點和靜觸點之間的內阻幾乎可以忽略不計,工作回路不會因為繼電器導通而產生壓降,同時繼電器也不會因為自身導通產生較大的熱量。
圖1.電磁繼電器結構圖
固態繼電器的工作原理固態繼電器(Solid State Relay,因此又稱為SSR)是一種由固態電子元器件組成的新型無觸點式繼電器。固態繼電器的開關功能通常依靠光耦、MOS管、IGBT、晶體三極管等開關元器件實現。固態繼電器的本質其實就是一種具有開關性質的集成電路。固態繼電器的結構如圖2所示。外界給定的輸入信號(高電平或者低電平)經觸發電路后,控制開關元器件的通斷來實現工作回路的開通與關斷。
圖2.固態繼電器結構圖
開關元器件以常見的MOS管為例。固態繼電器在通過MOS管關斷工作電路時,并不是物理層面上的關斷,MOS管在關斷時依舊會產生微小的漏電流。并且MOS管在導通過程中會產生一定的正向導通壓降,這部分損耗的電能會轉化成熱量,通常固態繼電器需要考慮更好的散熱方式。這也就是市面上的固態繼電器產品外殼會考慮金屬材質的原因。
因為市場上很多智能MOS管的出現,固態繼電器通常帶有過壓保護、過流保護、過溫保護等更多自我檢測和自我保護功能。這便是固態繼電器相對于電磁繼電器的優勢之一。另外開關元器件的通斷明顯比觸點吸合和釋放這種物理形式的開通與關斷速度快,快速轉換、靈敏性高也是固態繼電器一大特點。
總結電磁繼電器:
- 驅動方式簡單,能實現工作回路完全斷開,隔離性好;
- 切換速度慢,觸點在閉合時容易產生電火花,觸點閉合時有聲音;
- 觸點容易氧化,(與固態繼電器相比)使用壽命短;
- 繼電器功能容易受到外界電磁干擾。
- 電磁繼電器的吸合時間基本上都在5ms至30ms的范圍內,大部分都在10ms左右。響應速度慢于固態繼電器。
固態繼電器:
- 固態繼電器的切換速度小于500微秒(0.5ms),響應速度遠快于電磁繼電器。切換速度快,響應速度快,不存在傳統繼電器有噪音、會產生電火花、容易受電磁干擾等缺點;
- 部分固態繼電器會集成檢測和保護功能,可靠性高,使用壽命長;
- 隔離性差,工作回路會產生漏電流,存在正向壓差,需要考慮器件散熱。