繼電器的高階應用及起火預防

2020-11-21 電子人生

繼電器通俗來講就是一個開關,只不過這個開關是由磁場的力來推動的,磁場是由電產生的。我們都知道磁鐵可以吸住鐵,但是磁鐵上的磁性是永久的,又稱永磁體。只要遇到鐵就吸附,不能控制,若是磁性能控制那麼就可以做來當繼電器了。

永磁鐵

丹麥物理學家奧斯特在1820年無意間發現了「電生磁」的現象,即線圈通電後會產生磁場,將磁性金屬(比如鐵)放入線圈就變成了電磁鐵,可以吸附磁性金屬產生力,這個力就可以通過槓桿撬動開關,使開關的觸點接觸或不接觸。也就是說繼電器內部是一個電磁鐵+一個機械開關,然後封裝一體。

繼電器內部圖

繼電器關鍵就是觸點,觸點是用來開關迴路的,會有兩個狀態:開和關。在開通有時會產生大電流,比如有電容的迴路,在開通的瞬間產生很大的衝擊電流,很容易將觸點燒壞,所以繼電器會有一個最大電流限制,觸點使用不同的材料其電流抗衝擊能力也是不同的。

常用觸點材料

常用的觸點材料有銀氧化鎳(AgNi)和銀氧化錫(AgSnO2),其應用用特性見上表,在不同的應用場景來進行選擇,千萬不要亂選。當然還有一些要求比較高的,比如要求開關壽命1億次級別,這時觸點通常就需要鍍金,這裡面有一個誤區,就是很多人喜歡用大電流的繼電器去應用在小電流的開關通斷,這是不對的,在一些比較嚴謹的廠家就會給出最低電流要求,比如10A的繼電器通斷電流需要大於100mA。因為這些觸點在小電流流過時,其電流效應不足,容易出現接觸不良,跟常用的開關也一樣,一定要有最小電流參數。

壓力鍋上的壓力開關

以前的電壓力鍋上,壓力都是用機械的壓力開關來切斷電源,後來壓力鍋升級換代後採用電子式控制,但是壓力開關還繼續不變,機械式壓力鍋是直接控制大電流負載,而電子式改為繼電器控制,壓力開關只作為壓力檢測,接到不足1mA的弱電迴路中,供CPU檢測信號,這樣的失效率自然就會增加,而且非常危險,這也都是工程師對觸點類開關認識不足導致。

繼電器是一個非常容易損壞的器件,大部分的應用都是在大電流的切換,在開通瞬間會有電流損傷,在關斷的瞬間就會拉弧放電打火,使觸點燒灼,最嚴重的就是起火,這在產品裡是非常嚴重的,輕者電器燒毀,重則產生火災,馬虎不得。

起火

所以在電路設計裡通常需要加入零點檢測,使觸點在市電的過零點進行觸點切換,也相當於觸點經過的電流和電壓都降低的情況下開\關繼電器,減小電弧,提高繼電器的壽命,並大大降低起火的風險。

市電零點開/關

當然,並不是電路檢測到零點後,就控制繼電器開或關。因為繼電器的線圈從通電到觸點動作需要時間,一般繼電器會給出這個參數比如<8ms之類,所以在檢測到零點後需要算上延時時間,這樣才能準確定位到觸點零點開通。但是每一個繼電器的延遲時間並不是固定的,有些偏差還很大,常用的做法就是取一個中間值,有些要求高的場合就添加一路信號,用於檢測繼電器的延時時間,軟體和硬體配合,比較複雜。經過複雜的設計後,繼電器的要求就不需要那麼高了,繼電器也就普通低成本物料即可,這就是所謂的用最牛逼的工程師+最好的設計+最廉價的物料;還有一種做法就是用最好的繼電器+傻逼的設計+普通工程師,這兩種方式沒有對錯,也不要爭論。

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