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PHOENIX菲尼克斯继电器工作原理透彻详解

点击次数:142 发布时间:2019/4/17
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PHOENIX菲尼克斯继电器工作原理透彻详解
    PHOENIX菲尼克斯继电器是一种电子控制器件,它具有控制系统(输入回路)和被控制系统(输出回路),通常应用于自动控制电路中,它是用较小的电流、较低的电压去控制较大电流、较高的电压的一种开关控制方式,在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
    PHOENIX菲尼克斯继继电器的原理图符号有很多,各种EDA设计软件自带的符号也不一样,《电子制作站》标准原理图符号如下图所示:
    PHOENIX菲尼克斯继继电器主要由触点、衔铁、线圈、铁芯等部件组成,其基本结构如下图所示:
    通常,我们把继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”,处于接通状态的静触点称为“常闭触点”,以上两者共用的动触点称为“公共触点”。
    当线圈两端没有施加电压时,线圈没有产生磁力,弹簧的拉力使公共触点与常闭触点接触,此时被控电源与用电器没有连通,用电器负载不工作,如下图所示:
    当线圈两端施加一定的电压时,线圈电流使铁芯产生磁力将衔铁吸下来,从而使公共触点与常开触点接触,从而使被控电源与用电设备连通,用电器负载开始工作,如下图所示:
    这样的开关控制方式可以获得两个好处,其一是控制电路与被控电路是相互绝缘隔离的,因此,被控电路即使有高压大电流也不会影响控制系统,正如同光电耦合器隔离前后级电路的效果一致,如下图所示:
    其次,控制线圈的信号可以是弱信号(如5V),而被控制电源可以是强信号这就是我们常说的“四的道理。
    电磁继电器在实际应用中,通常都会使用三极管或MOS管代替开关,以达到用电器负载的自动化控制(如通过单片机),其基本的应用电路如下图所示:
    当输入电压VI为高电平“H”时,三极管饱和导通相当于闭合的开关,继电器开始动作,其等效电路如下图所示:
    当输入电压为低电平“L”时,三极管截止相当于断开的开关,线圈中没有电流而导致继电器回复初始状态,如下图所示:
    那为什么要在PHOENIX菲尼克斯继继电器线圈上并联一个二极管呢?我们可以看看没有并联二极管时电路会出现什么情况,我们使用下图所示的电路参数仿真一下:
    其中,L1相当于电磁继电器中的线圈,当开关进行闭合与断开动作时,其波形如下图所示:
    当开关闭合时,电压波形还是正常的,但是当开关断开的一瞬间,电感将产生很高的电压,远远超过了电源电压值(上图中的峰值未完全显示),普通的电磁继电器使用3904或8050之类的通用三极管就完全可以驱动了,其集电极-发射极耐压值也就几十伏,如下图所示(来自DIODES三极管MMBT3094数据手册):
    当控制开关断开的瞬间,由于电感中的电流不能突变,将会产生上负下正极性的反向电动势,如下图所示:
    这个反向电动势的峰值就非常高,三极管的集电极将承受电源电压VCC与电感反向电动势串联的高压VL(相当于升压电路),此时电路如下图所示:
    这时三极管Q1集电极的承受的电压为VCC+VL,很有可能超过三极管的集电极-发射极极限电压VCEO而击穿三极管,因此,我们可以在线圈两端并联一个二极管再仿真一下,如下图所示:
    其电压波形如下图所示:
    开关管断开瞬间的反向电动势有了一些改善,但反向电动势还是非常高,虾米情况?其实二极管并联是没有错的,只不过型号不是很适合。普通二极管的单向导电特性取决于P型半导体与N型半导体接触形成的PN结,由于结电容的存在,反应时间并不太短,开关断开的瞬间,二极管还来不及导通,相当于没有接二极管一样。
    肖特基二极管(也称肖特基势垒二极管,PHOENIX菲尼克斯继电器的单向导电性是由金属与半导体接触形成的,它的特点是开关速度快,我们用肖特基二极管替换后再重新仿真一下,如下图所示:
    其波形如下图所示:
    其实瞬间还是有一点点的反向电压,但已经控制在可以接受的范围内了。
    从PHOENIX菲尼克斯继继电器的控制原理可以看出,继电器线圈电压是没有正负之分的,因为无论是正向反向,产生的都是对铁的吸力(这里没有同极相斥异极相吸的说法,那是对两块磁铁而言的),当然,有些继电器可能内部加了些功能部件,比如续流二极管、指示灯之类的,这时候应该严格参考规格书进行电压极性的施加,否则将烧毁辅助元件,    PHOENIX菲尼克斯继继电器的触点相当于一个开关,因此不得不提及触点结构,我们常常说常闭、常开就是开关的类型,再结合开关的数量,可以衍生出很多继电器触点结构。
 

 
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