具有機械電子雙重優(yōu)點(diǎn)的繼電器

混合式繼電器是靜態(tài)繼電器(又稱(chēng)固體繼電器、電子繼電器或半導體繼電器)與機電繼電器并聯(lián)在一起組成的電源開(kāi)關(guān)，兼備機電繼電器的低電壓降和固體繼電器的高可靠性。家電電機啟動(dòng)器或家用電暖氣的控制開(kāi)關(guān)是繼電器的常用應用領(lǐng)域。鑒于符合RoHS法規可能會(huì )降低機電繼電器電源開(kāi)關(guān)的可靠性，混合式繼電器的市場(chǎng)關(guān)注度越來(lái)越高。

但是，正確控制混合式繼電器遠不像乍看起來(lái)那么容易，例如，機電繼電器和固體繼電器之間的切換操作可能產(chǎn)生尖峰電壓，輻射電磁噪聲。本文提供幾個(gè)容易實(shí)現的降低混合式繼電器的尖峰電壓的控制電路設計小貼士。

1.集固體技術(shù)和機電技術(shù)之大成

在選擇交流開(kāi)關(guān)時(shí)，設計人員非常熟知機電開(kāi)關(guān)和固體開(kāi)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。半導體開(kāi)關(guān)即固體開(kāi)關(guān)的響應速度快，通電時(shí)無(wú)電壓反彈，斷電時(shí)無(wú)火花，不會(huì )輻射電磁干擾(EMI)，也不會(huì )縮短繼電器的產(chǎn)品壽命。機電式開(kāi)關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)是導通損耗小，能夠為2 A RMS以上的應用系統省去一個(gè)散熱器，驅動(dòng)線(xiàn)圈與電源接線(xiàn)端子之間的電隔離還節省了驅動(dòng)可控制硅(SCR)整流管或三端雙向晶閘管的光耦合器。

第三個(gè)電源開(kāi)關(guān)解決方案是將固體繼電器和機電繼電器并聯(lián)，集兩種繼電器技術(shù)之大成，設計一個(gè)混合式繼電器(HR)。圖1所示是電機啟動(dòng)器所使用的混合繼電器拓撲。圖中的三相電機啟動(dòng)器只使用兩個(gè)混合式繼電器。如果兩個(gè)繼電器都被關(guān)斷，只要負載沒(méi)有連接零線(xiàn)，電機就會(huì )保持斷態(tài)。

如果負載連接零線(xiàn)，也可以在L1線(xiàn)上串聯(lián)一個(gè)混合式繼電器開(kāi)關(guān)。

圖1: 左圖)基于混合式繼電器的電機啟動(dòng)器; 右圖) 繼電器/雙向晶閘管控制順序

圖1還給出了混合式繼電器的控制順序:

-導通順序:

- 首先，三端雙向晶閘管導通(如果電流更大，應改用兩個(gè)反極性并聯(lián)的可控硅整流管)，這準許負載零壓導通;

- 然后，繼電器在一個(gè)或幾個(gè)交流電周期后導通。繼電器的導通電壓極低(通常是在1-2V之間，是雙向晶閘管的電壓降);

- 最后，應在繼電器線(xiàn)圈上電至少1至2個(gè)周期后撤消雙向晶閘管柵電流，為繼電器在雙向晶閘管關(guān)斷前開(kāi)始運行提供充足的時(shí)間。因此，在穩態(tài)過(guò)程中負載電流只流經(jīng)機電繼電器。

-關(guān)斷順序:

- 首先，三端雙向晶閘管導通。當繼電器處于通態(tài)時(shí)，負載電流主要是通過(guò)機電繼電器送到電機。.

- 然后，繼電器在幾毫秒后關(guān)斷。繼電器的關(guān)斷電壓極低，類(lèi)似于繼電器導通操作。因此，火花期被縮短。

- 最后，應在繼電器線(xiàn)圈掉電至少1至2個(gè)周期后撤消雙向晶閘管柵電流，雙向晶閘管關(guān)斷，混合式繼電器在零電流時(shí)關(guān)斷。

在近乎零壓時(shí)關(guān)斷機電式繼電器的設計方法可將繼電器壽命延長(cháng)10倍，如果開(kāi)關(guān)操作是直流電流或電壓，繼電器的壽命延長(cháng)不只是10倍，可能更高。