嵌入式开发：继电器认识与应用
嵌入式开发：继电器认识与应用
继电器是一种自动控制器件，能够利用小电流控制大电流，广泛应用于工业、家电、智能家居等领域。本文将对继电器的工作原理、分类、参数、应用电路等内容进行系统性总结。
1. 继电器的工作原理
继电器的基本组成包括线圈和触点组：
- 线圈：输入回路。当线圈通电时，产生磁场，从而驱动触点动作，实现电路的通断。
- 触点组（也叫接点）：输出回路。控制被控电路的通断。 在电路图中，线圈通常用长方框表示，触点采用不同符号表示常开或常闭状态。 补充原理图
继电器的基本功能是利用一个控制信号切换另一个电路，起到电气隔离、信号转换、保护控制的作用。
给电磁继电器的线圈通电，线圈产生磁性吸引衔铁，从而使小灯泡点亮。
其电路符号有特定样式，外壳标注 “coil5 伏”，表示施加 5 伏电压时触点闭合；1 伏电压无法使触点动作，10 伏电压可能烧毁线圈。110VDC表示继电器在直流电压下，最高可以承受110V电压，380VAC表示继电器在交流电压下，最高可以能承受380VAC
2. 继电器的分类
继电器种类繁多，主要可以按照工作原理、触点类型、应用场景等分类，以下是最常见的分类：
继电器类型 | 工作原理 | 优点 | 缺点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|---|
电磁继电器 | 通过电磁感应驱动机械触点，控制过程：小电流-磁-机械-大电流 | 驱动简单、隔离好、价格低 | 机械触点寿命有限、体积较大 | 工业控制、电力设备、家电 |
固态继电器 | 通过光电耦合驱动半导体开关 | 无触点、寿命长、抗干扰 | 成本高、大功率时需要散热 | 变频器、电力电子、精密仪器 |
热继电器 | 利用双金属片受热变形切换触点 | 适用于电机过载保护 | 响应较慢、易受环境温度影响 | 电机保护、过载检测 |
时间继电器 | 设定延时时间后动作 | 可精确控制时间延迟 | 需要额外控制电路 | 电梯控制、照明延时 |
不同类型的继电器在实际应用中各具特色，选择时需结合工作环境、控制需求、功率等级等因素。
3. 继电器的名词解释
继电器涉及多个专用术语，理解这些术语有助于正确使用和选型。
术语 | 定义 |
|---|---|
常开端（NO） | 线圈不通电时，触点断开；线圈通电后触点闭合 |
常闭端（NC） | 线圈不通电时，触点闭合；线圈通电后触点断开 |
公共端（COM） | 连接电源（12V、24V、220V）或负载的公共连接点 |
额定工作电压 | 继电器正常工作所需电压（AC/DC）一般指的是控制线圈通断的电压 |
吸合电流 | 继电器触点吸合所需的最小电流 |
释放电流 | 触点释放所需的最大电流 |
触点寿命 | 触点能承受的切换次数，通常可达百万次 |
触点切换电压/电流 | 触点能够承受的最大电压和电流，超出可能损坏 |
4. 继电器的关键参数
继电器在选型和使用过程中，必须关注其电气参数，以确保其匹配电路需求、稳定工作。
参数 | 定义 | 说明 |
|---|---|---|
额定工作电压 | 继电器正常工作时所需的线圈电压 | 可为交流（AC）或直流（DC），如5V、12V、24V等 |
直流电阻 | 继电器线圈的电阻值 | 仅适用于电磁继电器，可通过万用表测量 |
吸合电流 | 使继电器触点产生吸合动作的最小电流 | 实际使用时应提供略高于该值的电流，而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁 |
释放电流 | 使继电器触点产生释放动作的最大电流 | 低于该值时，继电器会断开 |
触点切换电压 | 继电器触点允许加载的最大电压 | 超过此值可能导致触点烧毁或失效 |
触点切换电流 | 继电器触点允许加载的最大电流 | 需根据负载功率选择合适的继电器 |
触点寿命 | 继电器触点可承受的开关次数 | 机械触点寿命一般为10万~100万次，固态继电器可达千万次以上 |
线圈功耗 | 线圈工作时消耗的功率 | 一般在几百毫瓦到几瓦之间 |
反向耐压 | 继电器线圈在关断时可能产生的反向电压 | 需使用续流二极管保护（通常电磁继电器需要加续流二极管） |
工作环境温度 | 继电器正常工作的温度范围 | 如-40°C 至 85°C，固态继电器耐温范围更广 |
这部分的参数信息在继电器的选型、设计和应用中非常重要，能够确保继电器在工作状态下稳定运行，避免因过载或不匹配导致失效或损坏。
下面是欧姆龙一款大功率继电器参数：
5. 继电器的应用电路
继电器在电路中的驱动方式因类型不同有所区别。
（1）电磁继电器驱动电路
电磁继电器线圈属于感性负载，当线圈断电时，感性电动势可能会损坏驱动电路，因此需要并联续流二极管（如1N4007）进行保护（续流作用）。下面是常见的电磁继电器的驱动电路：
设计了驱动线圈电阻是160Ω，驱动电流是75mA的继电器驱动电路
- 使用三极管驱动（如S8050、2N2222）
- 使用MOSFET驱动（如IRF540）
- 使用光耦合隔离驱动（如PC817）
（2）固态继电器（SSR）驱动电路
固态继电器不需要续流二极管，其控制端通常采用低电流信号（如5V、12V），可直接由MCU、PLC等设备驱动。
6. 继电器的应用场景
继电器广泛用于自动化控制系统，以下是几种典型的应用场景：
应用场景 | 继电器类型 | 作用 |
|---|---|---|
工业自动化 | 电磁继电器、固态继电器 | 设备控制、信号转换 |
家电控制 | 电磁继电器 | 空调、冰箱、电热水器 |
智能家居 | 固态继电器、无线继电器 | 远程开关、定时控制 |
电力系统 | 保护继电器 | 过流、过载保护 |
汽车电子 | 车用继电器 | 启动系统、雨刮器 |
不同场景对继电器的性能需求不同，如工业控制要求高可靠性，智能家居更关注低功耗与远程控制。
7. 继电器的选型指南
在选择继电器时，需要综合考虑以下因素：
考虑因素 | 建议选择 |
|---|---|
负载类型 | 机械设备、电机等选用电磁继电器，电子设备选用固态继电器 |
控制电压 | 低电压控制选用低功耗继电器，高电压负载需选用适配继电器 |
触点容量 | 负载电流较大时需选择大功率继电器 |
使用寿命 | 频繁开关的场合选择固态继电器，低频率开关可选电磁继电器 |
环境条件 | 高温、潮湿环境需选择防护等级较高的继电器 |
正确的选型能提高电路的稳定性和寿命，减少故障率。
8.继电器不能代替接触器的原因
- 控制原理：继电器和接触器均通过线圈控制触点，且都有不同的线圈规格，像接触器有24伏的，继电器有220伏的，控制原理相近。（这是它们之间的相同点）
- 应用场景：继电器主要用于传输信号，因其功率有限，只能带动功率较低的负载，负载电流基本在5安左右，有大功率的带载可达25A；接触器用于控制大电流负载，能达到几百安，是为动力电设计的。
- 触点数量：接触器一般有三对常开触点，适合三相电；继电器通常只有两对常开触点 ，不适用于大负载。
- 工作频率：接触器吸合声音大，工作频率高时易发热烧坏；机械式继电器虽也不能高频工作，但相比接触器更具优势。
总之，尽管继电器和接触器控制原理相似，但应用场景完全不同，不能相互替代。
9. 总结
继电器作为自动控制电路中的重要器件，具有信号放大、电气隔离、远程控制等功能。根据应用需求选择合适的继电器类型，可以提升系统的稳定性、安全性和可靠性。
在高频切换、长寿命需求的应用中，固态继电器更具优势；而在低成本、对机械动作无特别要求的应用场合，电磁继电器仍然是主流选择。