继电器保护电路设计

继电器保护电路设计

#通用的设计是在继电器反向并联一个续流二极管

  1. 续流二极管在电路中一般用来保护元件不被感应电动势击穿或烧坏,以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端,并与其形成回路,使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗,从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用。
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  • 因此,我们在选用续流二极管时要考虑耐压和继电器线圈的最大瞬态电流。
  1. 理论上二极管最大电流至少选用2倍于继电器最大瞬态电流,因为一般情况下,续流二极管的交流等效内阻要比继电器线圈的交流等效内阻小。在反电动势续流时线圈为短路状态,这时电流会很大,很容易烧毁线圈;在实际使用时,由于二极管的瞬间抗过载能力较强,使用最大电流50A的超快速二极管也行,加上合理的散热片和串上限流电阻,实际使用中较少有损坏。
  • 这里推荐一些续流二极管的型号
    ①普通二极管如1N4007就可以作为续流二极管,不过,最好是用快速恢复二极管或者肖特基二极管。
    ②快速恢复二极管可以用:FR107、1N4148。
    例如1N4148最大正向导通电流是150mA,如果你的线圈电流太大,就会烧坏续流二极管。所以1N4148只适合小电流的线圈保护,比如5V的继电器。
    ③肖特基二极管可以用:1N5819
    3.理论上二极管的耐压选型,就是反向能加多大电压,可以看到,续流二极管在电路中是反向连接的。比如你的电路中,线圈加的是12V,那么你的二极管方向耐压值就必须要大于12V才行。不过一般的二极管反向耐压值都非常高。
    4.如果懒得看二极管的datasheet参数,就用FR107吧,通吃一般应用。

实践示例:
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增加“通用二极管+稳压管”的串联组合旁路

  • 并联二极管可为固态开关提供最大的保护,但却可能对继电器的开关性能产生非常不利的影响。众所周知,迫使衔铁断开的合力是磁力与弹簧力之差,两者都在发生变化,从而使合力随时间和衔铁位置变化。正是这个合力促使衔铁和触点弹簧发生转换,进而引起衔铁系统的速度和动量发生改变。
  • 缓慢衰减的磁通量会使合力积分值较小,也即衔铁加速打开较慢,而在只对线圈并联二极管的情况中,磁通量衰减最慢。实际上,由硬NO(常开触点)弹簧提供的打开力会快速减小,而磁力则缓慢衰减,这就可能使合力在一段时间内出现反转。在此期间,衔铁速度会减慢、停止甚至暂时出现反转,直到磁通量进一步衰减,最终使弹簧“返回”力为正,从而使转换继续。
  • 还有一点需要注意的就是,当功率继电器的触点发生闭合时,这会把飞快上升的(例如电阻性的)中、大电流负载连接到电压源,这就会使相配触点之间出现微小的熔融界面,进而引起微焊或粘连状态,在下一次断开转换时就必须将其分开。
  • 通常,在动衔铁动量的帮助下,合力完全可以克服这个“粘”力而实现触点的转换。然而,衔铁速度的下降甚至逆转(在只加续流二极管的条件下),以及衔铁动量的减少,可能使粘连断开失败而出现触点“焊接”现象。
  • 线圈电流衰减得越快,磁力减小得就越快,因而衔铁动量和触点粘连的“断开能力”就越大。
  • 显然,这在不采用抑制的情况下是最佳的。然而,将通用二极管串联一个稳压二极管,就可以获得接近最佳的衰减率。当线圈电源中断时,线圈电流会通过这个串联组合旁路续流,其上的电压将保持等于稳压管的电压(加上二极管正向压降),直到线圈能量耗尽为止,如图所示。
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  • 可选择合适的稳压电压值,将线圈开关电压限制在开关额定值可接受的水平。这就为线圈开关保护和继电器开关性能提供了最佳折衷方案。应采用这种方法来确保最高的继电器性能和可靠性,同时为控制电路提供对线圈感应电压的保护。

替代方案:并联双向TVS二极管

  • 继电器如果是加二极管的话,反电动势马上就会形成短路状态,这时电流会很大,就容易把线圈给烧毁了。如果采用加TVS管旁路就可以把这个脉冲给吸收掉。TVS管是一种钳位型器件,它可以只吸收脉冲,而不会造成整个短路的情况。
  • 不过,这个也要看情况,主要是看两点:吸合时能量的大小,以及断开时反电动势的大小——只要控制器件能承受这两个条件就不用加。还有种方法是加RC吸收回路来吸收掉这个能量。RC吸收回路可以看这篇文章。

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