继电器使用总结
继电器使用总结
前些日子用电磁式继电器出现了问题，本来已经发往国外的板子又得重新递回来重做，过了一段很郁闷的日子，今天又把板子发出去了，尽管还是不能百分百的确保没有问题，但毕竟能告一段落了，正好有时间可以整理一下思路。
板子是由另外一个同事画的，很简单的一个单片机的小板，引出一个串口，通过三极管引出两根继电器的控制信号接到继电器的线圈上，根据串口接收到的指令来控制继电器的开合。交给我的时候板子已经做好了，还没有焊接器件，程序还没有写。我的任务是将板子焊好并写好程序，最后做一下测试。因为要做其它更重要的项目，程序都是在空闲时间调的，板子焊好后调试也比较顺利，预期的功能都实现了。测试的时候也没有发现问题，能正确的控制继电器的开合，接一些负载也没有发现问题，便发了两套给国外。初期反馈也是一切正常，本以为这事就了结了，没想到过了一段时间那边又反映说其中一套板子在控制继电器断开的时候经常复位，而另一套没有问题。后来在这边经过反复实验，发现接一些感性负载比如电风扇之类比较容易复现这个问题。然后逐渐认识到问题的严重性，也从这会儿开始我才查阅了很多继电器使用的资料，发现当初的设计存在很严重的问题：继电器的控制信号没有加光耦隔离，触点两端没有加去火花电路。当把板子做过改进后发现问题并没有彻底解决，再次反复实验，发现板子的抗干扰性能不好，继电器产生的电磁干扰就足以让板子复位…
老板给定的解决问题的期限快到了，就算重新做一个板子，如果仍然采用电磁式继电器，去火花电路能否对各种负载都有效？板子是否能承受其产生的电磁辐射？无法到现场做测试的话还是把握不大。没办法，只好选了射频干扰很小的固态继电器，伴随而来了其它问题：型号的选择、散热、漏电流、过压过流保护等等。最后的方案是选择了快达的固态继电器加散热片，因为原先的盒子尺寸不够，重做了铝壳机箱，散热性比较好，另外可以屏蔽外界的射频干扰，避免影响盒内的板子和固态继电器。经过测试原先的问题不再出现，但其发热确实比较大，盒内温度有四五十度左右。再加上SSR的成本比较高，设计最终产品时还是想选择电磁式继电器，这需要更多的注意板子的抗干扰设计、去火花电路的参数选取以及继电器的屏蔽等问题。
几点感受：
1 当电磁干扰都能让板子复位的时候才深刻认识到板子的抗干扰能力是多么的重要。那些教科书式的元件选型以及布局布线技巧不是空穴来风，这些都是前辈们的宝贵经验啊。
2 交流220V的威力还是蛮大的，设备间共地的问题解决不好，会严重影响设备的正常运行
3 接手别人的设计要多用怀疑的眼光来验证其设计，不能默认为其设计为正确的，对于自己不熟悉的领域更要多查资料，稍有疏忽可能犯下大错，造成不必要的损失。
4 测试要全面，各种Failure Mode均要考虑到，当然前提是自己对所要测试的系统有充分的理解。
以下是总结的电磁继电器和固态继电器使用的一些资料。
电磁继电器的使用：
1 触点通断时线圈两端会感应出较大的电动势，如果不加隔离，便很容易通过地电势将干扰引入板上其它电路，导致单片机复位。线圈控制端加光耦隔离，线圈的电源与板子的电源隔离。另外线圈两端要加续流二极管，可选常用的1N4007或,1N4148,1N5403等
2 触点两端并接去火花的RC电路，R用来抑制触点闭合时的短路电流，C用来抑制触点断开时的放电。R取值几十到几百欧姆之间，C取值0.1uf-0.3uf左右，对具体应用电路最好先做实验选定最佳参数值。
3 电磁继电器肯定会产生射频干扰，只不过是干扰大小的问题，在继电器电路本身采取足够措施后还需要增强板子的抗干扰能力（软件硬件均要考虑抗干扰措施），如果干扰严重需要考虑采取屏蔽措施
4 各种不同负载的特点：
白炽灯----由于白炽灯钨丝冷态电阻很小，接通瞬间的浪涌电流高达稳态电流15倍。如此大的浪涌电流会使触点迅速烧蚀，甚至产出熔焊失效。一般可串入限流电阻来减少浪涌电流。
电机负载----电动机静止时输入阻抗很小，启动瞬间浪涌电流很大。电流注入后，电流和磁场相互作用产生转矩。当电动机启动后，产生内部电动势，致使触点电流趋于减小，关断时，触点间出现反电势，常常会引起拉弧，造成触点烧蚀。不过，电机是缓慢地停下来，电机内部贮存的电磁能，动能转换成热能消耗掉一部分，反电势不会太高。
感性负载----电感器、电磁铁、接触器线圈、轭流圈等都是感性负载。接通瞬间，电磁线圈有抑制电流上升的功能，不会出现浪涌电流；但关断时，贮存在电磁线圈中的电磁能通过触点间燃弧消耗掉，这将导致触点烧蚀，金属转移、沾结。采用RC网络、二极管，压敏电阻等触点保护装置可减少触点的烧蚀。
法国香水品牌容性负载----容性电路的充电电流可能非常大，开始时，电容器类似短路，其电流仅受线路电阻的限制。有时，用户并未意识到其负载是容性的，实际上，长的传输线、消除磁干扰的滤波器、电源等都是强容性的。串联限流电阻，可以减少接通瞬间的浪涌电流。
直流负载----直流负载比交流负载难断开，因为电压不过零，触点开断瞬间，即产生电弧，且由于外加电压持续保持，只有电弧被拉长，不能自持而熄灭。电弧热能会使触点严重烧损。直流负载继电器触点间隙应设计大些。灭弧措施也经常被采用。
低电平----低电平一般指开路电压为10～100mV；触点转换电流为微安级到
10mA 。由于吸附在触点表面的有机物、化合物，难以在转换负载时消除，导致触点接触电阻大而不稳定，触点压降递增。 有效的解决办法是：选择软化电压低的触点材料；表面镀1到3u的金。从工艺上保证触点表面洁净；控制继电器内部有害气体的含量。但继电器成本将大幅度上升。
5 电磁继电器产生电磁干扰的原理剖析：
电磁继电器的电磁干扰主要来自其线圈中突变磁场和触点断合瞬间产生的电弧。这些干扰的电磁波频率约为011～1000MHz , 因而其干扰的频带是很宽的, 其场强为垂直极化和水平极化(在100MHz 以下主要是垂直极化) ，场强、与频率基本呈正态分布。其干扰脉冲的峰值幅度与继电器的结构类型、正常工作的负载、电压和电流的大小, 继电器的老化和磨损等因素有关。
电磁继电器的电磁系统是由一个或若干个线圈及铁芯、磁轭、衔铁等构成, 线
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圈有串联、并联、混联等形式。线圈的电感与分布电容比较大。分布电容在线圈通断电流时, 使线圈有效地短路, 这样, 当通过线圈的电流通路被切断时, 线圈周围的磁场突然消失, 线圈上则会产生具有陡峭波前的高达数百伏, 甚至上千伏的“感性冲击”瞬态浪涌电压, 它是在电流通路断开的3μs 内, 产生的约电源电压100倍的瞬态过电压, 然后按线圈电感、分布电容和电阻所决定的速率下降到零。这种脉冲过电压能产生极大的能量泄放, 它会窜入控制回路, 对系统中其它电子装置产生相当大的电能冲击和激励, 干扰系统中其它电子装置的正常工作, 会导致设备、系统的基本计算和逻辑判断出错。这种瞬态浪涌
电压的变化与负载的性质、大小、电源电压以及线圈的阻抗有关。在继电器的接触系统中, 当触点的闭合或断开的瞬间, 触点间将会产生电弧, 形成陡峭的浪涌冲击电压, 从而能激励其线圈回路、磁路(场) 的振荡, 该振荡形成的幅射干扰或通过电源线将干扰传导到系统中别的电路中去这些干扰电磁波包含着很高的频率成份, 存在于很宽的频段内, 并且有任意类型的极化波状态, 另外, 由于接触在触点接触或断开瞬间, 因机械反力特性而产生回弹跳、触点跟踪重复几次才能吸合(或断开) , 造成触点间的燃弧、熄灭、再燃弧, 重复多次, 形成瞬间快速脉冲串() 干扰。这种电弧干扰对电子系统影响很严重, 尤其是对数字电路系统, 可造成数个信息比特的错误, 导致系统误操作。电弧干扰与触点材料、电压、电流、表面接触电阻以及触点间气体介质成份有关。而接触的机械弹性震颤, 引起电流通路的重复闭合和断开, 对电磁系统电路的迅速闭合和断开, 在线圈上产生更快的瞬变, 其波形也比较陡峭, 对附近的电子电路会产生很强的干扰。
固态继电器的使用：
1 过压保护
当负载为非稳定性负载或感性负载时，在输出回路中应附加一个瞬态抑制电路，目的是保护固态继电器。通常措施是在继电器输出端加装RC吸收回路(例如：R＝150Ω，C＝0.5μF或R＝39Ω，C＝0.1μF)，它可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压
和电压指数上升率dv/dt。在设计电路时需要用户根据负载的有关参数和环境条件，认真计算和试验RC回路的选值。另一个常用的措施是在继电器输出端接入具有特定钳位电压的电压控制器件，如双向稳压二极管或压敏电阻(MOV)。压敏电阻电流值应按下式计算：
IMOV=(VMAX-VMOV)/ZS
其中ZS为负载阻抗、电源阻抗以及线路阻抗之和，VMAX、VMOV分别为最高瞬态电压、压敏电阻的标称电压，对于常规的220 V和380 V的交流电源，推荐的压敏电阻的标称电压值分别为440-470 V和760-810 V。
在交流感性负载上并联RC电路或电容，也可抑制加至SSR输出端的瞬态电压和电压指数上升率。（注：一般的SSR内部都有RC电路）。
但实验表明，RC吸收回路，特别是并联在SSR输出端的RC吸收回路，如果和感性负载组合不当，容易导致振荡，在负载电源上电或继电器切换时，加大继电器输出端的瞬变电压峰值，增大SSR误导通的可能性，所以，对具体应用电路应先进行试验，选用合适的RC参数，甚至有时不用RC吸收电路更有利。
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对于容性负载引起的浪涌电流可用感性元件抑制，如在电路中引入磁干扰滤波器、扼流圈等，以限制快速上升的峰值电流。
2 过流保护：
SSR不允许过流。纵使选配时已经考虑安全系数，但在超负荷启动、负载短路、以及一些不明原因引起的非常电流通过时，都可能导致SSR永久性破坏，所以必须加以保护。可选用快速熔断器，要求20ms级；空气开关<30ms级。快速熔断器可按额定工作电流的1.2倍选择，一般小容量可选用保险丝。特别注意负载短路，是造成SSR产品损坏的主要原因。
3 散热要求：
固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中，应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在10A以上的产品应配散热器，100A 以上的产品应配散热器加风扇强冷 。通过各种SSR的器件手册可以发现，不加散热器许多标称额定电流40A的继电器在常温下只能达到最多8A的负载能力，电流再大则很容易烧毁。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触 ，SSR底板与散热器接
触面之间应涂覆一层导热硅酯(T-50)，输出端子上加抹导电膏(DG-1型)。如继电器长期工作在高温状态下(40℃~80℃)时，用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据，考虑降额使用来保证正常工作。
4 不同负载的处理
SSR对一般的负载应是没有问题的，但也必须考虑一些特殊的负载条件，以避免过大的冲击电流和过电压，对器件性能造成不必要的损坏。白炽灯、电炉等类的“冷阻”特性，造成开通瞬间的浪涌电流，超过额定工作电流值数倍。一般普通型SSR，可按电流值的2/3选用。增强型SSR，可按厂商提供的参数选用。在恶劣条件下的工业控制现场，建议留有足够的电压、电流余量。
某些类型的灯，在烧断瞬间会出现低阻抗。气化和放电通道以及容性负载，如切换电容器组或电容器电源，会造成类似短路状态。可在线路中进一步串联电阻或电感，作为限流措施。电机的开启和关闭，也会产生较大的冲击电流和电压。中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖动，以及电容换向式电机换向时，电容电压和电源电压的叠加会在SSR两端产生二倍电源的浪涌电压。
控制变压器初级时，也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响。此外，变压器也有可能因为两个方向电流不对称，造成饱和引起的浪涌电流异常现象。上述情况，使SSR在特殊负载的应用，多少变得有点复杂。可行的办法，就是通过示波器去测量可能引起的浪涌电流和电压，从而选用合适的SSR和保护措施。
5 干扰问题：rom是什么意思
SSR产品也是一种干扰源，导通时会通过负载产生辐射或电源线的射频干扰，干
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扰程度随负载大小而不同。白炽灯电阻类负载产生的干扰较小，零压型在交流电源的过零区(即零电压)附近导通，因此干扰也较小。减少的方法是在负载串联电感线圈。另外，信号线与功率线之间，也应避免交叉干扰。
另外SSR本身在安装使用时应远离电磁干扰，射频干扰源，以防继电器误动失控
6 漏电流：节能环保标语
固态继电器开路且负载端有电压时，输出端会有一定的漏电流，在使用或设计时应注意。这个漏电流可能使小电流负载(例如5mA 左右就能动作的灵敏继电器) 误动作, 可能会使接触器嗡嗡作响，或使电机继续运转 在此种情况下, 可在负载两端并

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