繼電器保護電路設計

phpmatt 發布于2021-10-08 10:04 / 2670人閱讀

摘要：替代方案并聯雙向二極管繼電器如果是加二極管的話，反電動勢馬上就會形成短路狀態，這時電流會很大，就容易把線圈給燒毀了。

繼電器保護電路設計

#通用的設計是在繼電器反向并聯一個續流二極管

續流二極管在電路中一般用來保護元件不被感應電動勢擊穿或燒壞，以并聯的方式接到產生感應電動勢的元件兩端，并與其形成回路，使其產生的高電動勢在回路以續電流方式消耗，從而起到保護電路中的元件不被損壞的作用。

因此，我們在選用續流二極管時要考慮耐壓和繼電器線圈的最大瞬態電流。

理論上二極管最大電流至少選用2倍于繼電器最大瞬態電流，因為一般情況下，續流二極管的交流等效內阻要比繼電器線圈的交流等效內阻小。在反電動勢續流時線圈為短路狀態，這時電流會很大，很容易燒毀線圈；在實際使用時，由于二極管的瞬間抗過載能力較強，使用最大電流50A的超快速二極管也行，加上合理的散熱片和串上限流電阻，實際使用中較少有損壞。

這里推薦一些續流二極管的型號
①普通二極管如1N4007就可以作為續流二極管，不過，最好是用快速恢復二極管或者肖特基二極管。
②快速恢復二極管可以用：FR107、1N4148。
例如1N4148最大正向導通電流是150mA，如果你的線圈電流太大，就會燒壞續流二極管。所以1N4148只適合小電流的線圈保護，比如5V的繼電器。
③肖特基二極管可以用：1N5819
3.理論上二極管的耐壓選型，就是反向能加多大電壓，可以看到，續流二極管在電路中是反向連接的。比如你的電路中，線圈加的是12V，那么你的二極管方向耐壓值就必須要大于12V才行。不過一般的二極管反向耐壓值都非常高。
4.如果懶得看二極管的datasheet參數，就用FR107吧，通吃一般應用。

實踐示例：

增加“通用二極管+穩壓管”的串聯組合旁路

并聯二極管可為固態開關提供最大的保護，但卻可能對繼電器的開關性能產生非常不利的影響。眾所周知，迫使銜鐵斷開的合力是磁力與彈簧力之差，兩者都在發生變化，從而使合力隨時間和銜鐵位置變化。正是這個合力促使銜鐵和觸點彈簧發生轉換，進而引起銜鐵系統的速度和動量發生改變。
緩慢衰減的磁通量會使合力積分值較小，也即銜鐵加速打開較慢，而在只對線圈并聯二極管的情況中，磁通量衰減最慢。實際上，由硬NO（常開觸點）彈簧提供的打開力會快速減小，而磁力則緩慢衰減，這就可能使合力在一段時間內出現反轉。在此期間，銜鐵速度會減慢、停止甚至暫時出現反轉，直到磁通量進一步衰減，最終使彈簧“返回”力為正，從而使轉換繼續。
還有一點需要注意的就是，當功率繼電器的觸點發生閉合時，這會把飛快上升的（例如電阻性的）中、大電流負載連接到電壓源，這就會使相配觸點之間出現微小的熔融界面，進而引起微焊或粘連狀態，在下一次斷開轉換時就必須將其分開。
通常，在動銜鐵動量的幫助下，合力完全可以克服這個“粘”力而實現觸點的轉換。然而，銜鐵速度的下降甚至逆轉（在只加續流二極管的條件下），以及銜鐵動量的減少，可能使粘連斷開失敗而出現觸點“焊接”現象。
線圈電流衰減得越快，磁力減小得就越快，因而銜鐵動量和觸點粘連的“斷開能力”就越大。
顯然，這在不采用抑制的情況下是最佳的。然而，將通用二極管串聯一個穩壓二極管，就可以獲得接近最佳的衰減率。當線圈電源中斷時，線圈電流會通過這個串聯組合旁路續流，其上的電壓將保持等于穩壓管的電壓（加上二極管正向壓降），直到線圈能量耗盡為止，如圖所示。
可選擇合適的穩壓電壓值，將線圈開關電壓限制在開關額定值可接受的水平。這就為線圈開關保護和繼電器開關性能提供了最佳折衷方案。應采用這種方法來確保最高的繼電器性能和可靠性，同時為控制電路提供對線圈感應電壓的保護。

替代方案：并聯雙向TVS二極管

繼電器如果是加二極管的話，反電動勢馬上就會形成短路狀態，這時電流會很大，就容易把線圈給燒毀了。如果采用加TVS管旁路就可以把這個脈沖給吸收掉。TVS管是一種鉗位型器件，它可以只吸收脈沖，而不會造成整個短路的情況。
不過，這個也要看情況，主要是看兩點：吸合時能量的大小，以及斷開時反電動勢的大小——只要控制器件能承受這兩個條件就不用加。還有種方法是加RC吸收回路來吸收掉這個能量。RC吸收回路可以看這篇文章。

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