具有機(jī)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(又稱固體繼電器、電子繼電器或半導(dǎo)體繼電器)與機(jī)電繼電器并聯(lián)在一起組成的電源開關(guān)，兼?zhèn)錂C(jī)電繼電器的低電壓降和固體繼電器的高可靠性。家電電機(jī)啟動(dòng)器或家用電暖氣的控制開關(guān)是繼電器的常用應(yīng)用領(lǐng)域。鑒于符合RoHS法規(guī)可能會(huì)降低機(jī)電繼電器電源開關(guān)的可靠性，混合式繼電器的市場關(guān)注度越來越高。

但是，正確控制混合式繼電器遠(yuǎn)不像乍看起來那么容易，例如，機(jī)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(xiàn)的降低混合式繼電器的尖峰電壓的控制電路設(shè)計(jì)小貼士。

1.集固體技術(shù)和機(jī)電技術(shù)之大成

在選擇交流開關(guān)時(shí)，設(shè)計(jì)人員非常熟知機(jī)電開關(guān)和固體開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。半導(dǎo)體開關(guān)即固體開關(guān)的響應(yīng)速度快，通電時(shí)無電壓反彈，斷電時(shí)無火花，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(jī)電式開關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通損耗小，能夠?yàn)? A RMS以上的應(yīng)用系統(tǒng)省去一個(gè)散熱器，驅(qū)動(dòng)線圈與電源接線端子之間的電隔離還節(jié)省了驅(qū)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)電源開關(guān)解決方案是將固體繼電器和機(jī)電繼電器并聯(lián)，集兩種繼電器技術(shù)之大成，設(shè)計(jì)一個(gè)混合式繼電器(HR)。圖1所示是電機(jī)啟動(dòng)器所使用的混合繼電器拓?fù)?。圖中的三相電機(jī)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(fù)載沒有連接零線，電機(jī)就會(huì)保持?jǐn)鄳B(tài)。

如果負(fù)載連接零線，也可以在L1線上串聯(lián)一個(gè)混合式繼電器開關(guān)。

圖1: 左圖)基于混合式繼電器的電機(jī)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(dǎo)通順序:

- 首先，三端雙向晶閘管導(dǎo)通(如果電流更大，應(yīng)改用兩個(gè)反極性并聯(lián)的可控硅整流管)，這準(zhǔn)許負(fù)載零壓導(dǎo)通;

- 然后，繼電器在一個(gè)或幾個(gè)交流電周期后導(dǎo)通。繼電器的導(dǎo)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(yīng)在繼電器線圈上電至少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)斷前開始運(yùn)行提供充足的時(shí)間。因此，在穩(wěn)態(tài)過程中負(fù)載電流只流經(jīng)機(jī)電繼電器。

-關(guān)斷順序:

- 首先，三端雙向晶閘管導(dǎo)通。當(dāng)繼電器處于通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流主要是通過機(jī)電繼電器送到電機(jī)。.

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

- 最后，應(yīng)在繼電器線圈掉電至少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(jī)電式繼電器的設(shè)計(jì)方法可將繼電器壽命延長10倍，如果開關(guān)操作是直流電流或電壓，繼電器的壽命延長不只是10倍，可能更高。