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簡介

本應用說明中對“繼電器”的說明普遍適用于“接觸器”。同時，關于“電信類型繼電器”有一些地方需要特別說明。通常，接觸器和電信繼電器對適當線圈驅動的需求相同，但在電信應用中，由于觸點負載一般不是問題，所以內部和線圈溫度會升高。

適當的線圈驅動對適當的繼電器運行和好的負載/壽命性能至關重要。為了讓繼電器（或接觸器）正常運行，必須確保線圈已正確驅動，以便在應用過程中可能遇到的所有情況下，觸點都能正確閉合并保持閉合狀態，電樞完全固定并保持固定狀態。

無論線圈類型是直流還是交流，均假定交流負載壽命的所有繼電器觸點額定值將根據交流電源線循環隨機切換，在整個循環中均勻分布，并且正循環和負循環的切換概率相等。必須注意，控制硬件和軟件不會無意間導致觸點打開和/或閉合的線路同步 - 這將導致不均勻或加速的觸點磨損和過早失效。

繼電器是電磁體，運行繼電器的磁場強度是安培匝數 (AT) 的函數 -（即導線的匝數乘以流經該導線的電流）。由于繞線后“匝數”不會改變，因此唯一的應用變量是線圈電流。

直流線圈電流完全由施加的電壓和線圈電阻決定。如果電壓降低或電阻增加，則線圈電流將會降低，這會導致 AT 更低，從而減小了線圈中的磁力。

交流線圈電流同樣受到施加的電壓和線圈阻抗影響，但阻抗 (Z) 定義為 Z=sqrt(R2 + XL 2)，因此僅更改線圈電阻對交流線圈的直接影響就比直流線圈小一些。

當電源隨時間變化時，施加的線圈電壓也會發生變化。控制裝置設計人員必須定義保證控制裝置運行的輸入電壓范圍（通常為標稱值的 +10%/-20%），然后在控制裝置設計中進行補償，以確保在該電壓范圍內正常運行。

不僅施加的電壓會發生變化，繼電器線圈電阻也會發生類似的變化。首先，線圈電阻將具有制造公差（室溫下通常為 +/-5% 或 +/-10%）。其次，線圈導線的電阻也具有正溫度系數，因此線圈電阻會隨著導線溫度的升高而增大，或隨著導線溫度的降低而減小。這在下面以圖形方式進行了顯示，并在應用說明“線圈電壓和溫度補償”中進行了更詳細說明。

溫度對線圈性能的影響

線圈電阻與溫度（圖形）：

術語的定義

• 線圈電阻 - 繼電器線圈的直流電阻通常在“室”溫（通常為 23°C）下指定。另請參閱應用說明“線圈電壓和溫度補償”。

• 工作（吸合）電壓 - 繼電器電樞在假設處于完全工作位置時必須靠在線圈鐵芯上的電壓或更低電壓。

• 釋放（開斷）電壓 - 繼電器電樞必須恢復到其未工作位置時的指定電壓或更高電壓。

• 保持電壓 - 電樞通電后不得從其完全工作的位置明顯移開的電壓或更高電壓。（請注意，這通常不在數據手冊中指定或在制造中控制）- 詳情參閱稍后關于線圈功耗降低的部分以及應用說明“直流繼電器線圈功耗降低選項”。

在情況嚴苛的條件下校正直流線圈電壓

（注意：除此之外，除非另有說明，否則始終假定直流線圈繼電器由濾波良好的直流供電，而不是由未經濾波的半波或全波直流供電。此外，數據手冊信息假定為室溫下的情況（除非另有說明，否則室溫通常為 23°C）。

典型的直流繼電器線圈驅動電路

二極管 CR1 用來緩沖繼電器線圈 K1 的反向“跳變”電壓，以便在關閉時保護驅動器 Q1，但它也具有減緩觸點電壓釋放的作用，這可能會縮短負載壽命。齊納 Z1 是可選的，但使用后可降低 CR1 的電壓釋放減緩作用。選擇的 Z1 齊納電壓不超過晶體管 Q1 的 PIV 的 80%。

如果要使用未經濾波的半波或全波直流線圈電源，則二極管 CR1 必須橫跨線圈放置（且不得使用 Z1），以便將能量重新循環到線圈，并允許其穿過電源波形的低壓部分，而不用解開電樞、不會發出嗡嗡聲等。請咨詢 TE 繼電器產品工程部以獲取建議。條件因繼電器/接觸器類型和電路設計的不同而有很大差異。有些繼電器能很好地容忍這種情況，有些則完全不能容忍。

情況嚴苛的繼電器工作條件是電源電壓最低、線圈電阻最大、環境溫度最高并且觸點電流負載最高。電感除以電阻 (L/R) 定義繼電器線圈中電流的充放電率，從而影響其運行時間（如果二極管或齊納二極管得到緩沖，將影響其釋放時間）。L/R 也因繼電器類型、線圈電壓和環境溫度而異。同樣，這會導致運行和釋放時間的變化，以及半波和全波運行的容差變化 - 每個應用中都必須考慮所有這些因素。

由于存在串聯二極管、晶體管（尤其是達林頓）等，減去并校正線圈電路中的電壓降非常重要，這樣便可確保實際施加在線圈上的最小電壓仍符合要求。

由于電流通過線圈導線并且負載電流通過觸點臂，繼電器中的 I2 R 損耗會導致自身發熱，并且端子會導致額外的線圈和內部部件發熱（除了環境溫度的任何升高之外）。計算實際線圈溫度時，需要考慮所有這些因素。

設計人員應始終校正輸入電壓，以便針對線圈電阻增加、電路損耗和 AT 降低做出調整，從而確保在極端嚴苛的條件下，仍有足夠的 AT 來可靠地運行繼電器并完全固定電樞，以便施加充分的接觸力。如果觸點閉合，但電樞未充分固定，則接觸力將較低，因此在施加大電流時，觸點可能會過熱且容易出現點焊。

• 注意：交流線圈的校正方式與此類似，同時要記住，電阻變化按照公式 Z=sqrt(R2 + XL 2) 影響交流線圈阻抗（從而影響線圈電流），而不是像對直流線圈那樣產生線性影響。

有關這些問題的詳細討論，請參閱應用說明“線圈電壓和溫度補償”。

其他線圈驅動設計注意事項

• 在額定線圈電壓、最大負載和最高環境溫度下，最高線圈溫度（根據應用說明“線圈電壓和溫度補償”計算）不得超過所選繼電器的“絕緣溫度等級”（A、B、F 或 H - 105°C、130°C、155°C 或 180°C）的 UL 或 CSA 允許的最高溫度。

• 如果繼電器在最終裝配中負載較重且緊密包裝，或者如果它們靠近其他發熱元件，則線圈溫度預計會升高，并且必須進行類似的定義和補償。

• 必須考慮前面討論的所有熱源，以便在線圈溫度不超過絕緣系統限制的情況下正確驅動。

• 由于繼電器是電磁鐵，它們易受附近變壓器、其他繼電器或接觸器、大電流導體等產生的外部磁場的影響；所有這些都會影響繼電器的運行和釋放特性。同樣，繼電器和接觸器可能會影響它們附近的其他磁敏感元件的性能。

• 最終測試在最終裝配中進行，此時繼電器將暴露在最大負載、最高環境溫度和最小電源電壓下。在這些條件下，應重新評估線圈溫度上升（從而改變電阻），以確保安全系數仍足以確保在低電源電壓下可靠地驅動繼電器，而不會在最大電源電壓、負載電流和最高環境溫度時過熱。

• 本說明的稍后部分將詳細討論交流線圈獨有的特性。

• 對于直流線圈，初始運行期間的線圈電流波形必須看起來像圖“A”，而不是圖“B”。

圖“A”：良好的轉換

圖“B”：糟糕的轉換

如果線圈電流轉換看起來像圖“B”（表示電樞暫時“停滯”且沒有穩固就位），則表明驅動電路存在問題，需要校正。

圖 A 良好的轉換

圖 B 糟糕的轉換

如果線圈電流轉換看起來像圖“B”（表示電樞暫時“停滯”且沒有穩固就位），則表明驅動電路存在問題，需要校正。

剩余磁體系統的直流線圈鎖扣繼電器

使用剩余磁體系統的直流鎖扣繼電器是特殊的直流線圈繼電器，只需短暫通電即可“設置”它們，然后再次“復位”它們。這些線圈通常不適合在“設置”或“復位”模式下連續供電。

• 關于直流繼電器正確線圈驅動和針對環境溫度上升進行的校正等所有之前備注均適用，但因施加的線圈電壓導致線圈發熱的情況除外。

• 與單穩態繼電器相比，這些繼電器對施加的電壓范圍和“導通時間”的要求要嚴格得多。

“設置”電壓通常不應超過標稱電壓的 120%。而“復位”電壓絕不能超過標稱電壓的 120%，其最大電壓最好保持為標稱電壓的 110%，否則磁體系統“擾亂”（“復位”，然后再次“設置”）的風險將增大。如果需要較寬的環境溫度范圍，請咨詢 TE 繼電器產品工程部以尋求指導。

繼電器數據手冊中規定了最短“設置”和“復位”時間間隔。這些最短時間比將觸點轉移到相反狀態所需的實際時間要長得多。要想在每個步驟中對磁體系統進行適當“充電”，需要額外的時間。

• 同樣，不建議使用“充電泵”或其他將放電電容器用作電源的脈沖線圈驅動方案，因為要在適當時間間隔內保持足夠的電流以“設置”或“復位”繼電器，而又不超過磁體系統所能承受的最大 AT 值是非常困難的（尤其在“復位”時）。

交流線圈繼電器和接觸器的特性

使用交流線圈的繼電器和接觸器與使用直流線圈的繼電器和接觸器有一些重要區別。由于交流電源的正弦性質：

• 一些交流繼電器即使正常工作，也往往會發出“哼哼”聲。這可能因繼電器、操作和使用時間而異。“哼哼”是一種可聽見的聲音，不會明顯移動繼電器或觸點的內部部件；而“嗡嗡”或“吱吱”的聲音更大，會實際移動內部部件，因此絕不允許出現這種聲音，否則性能會大大降低。

• 由于交流正弦波的某些部分沒有足夠的能量來運行繼電器機構，無法有意將交流繼電器與交流正弦波同步 - 因此在某些地方繼電器運行和釋放定時無法正常工作。

• 這種現象還會導致運行和釋放定時的變化比直流繼電器中的變化更多，而且經常會導致觸點或電樞的彈跳或震顫次數增多。所有這些都取決于在正弦波中連接或移除線圈電源的準確位置，甚至可能導致最初運行時觸點彈跳或震顫次數過多。

• 因此，交流繼電器的額定值通常低于同一系列直流繼電器的額定值。這是因為 1) 正弦波具有低能量點（如前所述），因此整個周期內，交流繼電器觸點不會在兩個極性中隨機斷開；2) 這可能導致正弦波的高能量部分接通和/或斷開的發生率過高。所有這些功能往往會降低交流線圈器件上的觸點額定值或縮短觸點壽命。

• 交流線圈繼電器通常比直流線圈繼電器的運行溫度更高，因此允許的最大環境溫度通常低于直流線圈繼電器。

• 同樣，由三端雙向可控硅元件或背對背 SCR 驅動的交流線圈繼電器的壽命往往較短。此類器件通常可在周期內的任何特定時間點導通，并將開啟。它們也可能在任何位置斷開，但在流經它們的電流達到零之前，它們實際上不會關閉。這會導致觸點在動力循環中幾乎固定的點處“斷開”負載。如果繼電器的“釋放時間”使其在接近零電流時發生，則性能優于平均水平，但如果在接近峰值電流時發生，則性能會差得多。除非報告中另有說明，否則數據手冊和安全機構負載壽命評級基于相對于交流正弦波的完全隨機循環（不是此同步條件）。

線圈功率降低方案（僅直流線圈繼電器）

我們有時會希望降低總控制功耗和減少發熱。一種方法就是將繼電器與鎖扣機制搭配使用，但它們相對昂貴，并且在發生電源故障時，可能會使繼電器處于不確定狀態。另一種方法是使用以下技術之一降低標準直流線圈繼電器上的線圈功耗。

• 脈沖寬度調制 (PWM) - 使用此方案，直流線圈繼電器或接觸器最初在標稱線圈電壓或稍高的電壓下運行一小段時間，以運行和穩定繼電器機構。然后，繼電器線圈由一些指定振幅、占空比和頻率的矩形波脈沖串驅動，以較少的功率將繼電器保持運行狀態。

• 降壓直流線圈驅動 - 與 PWM 一樣，這項技術最初在標稱直流線圈電壓下運行繼電器一小段時間，以運行和穩定繼電器機構。然后，直流電壓降低到較低電平，以較少的功率將繼電器保持運行狀態。

• 注意 - 使用“充電泵”和其他類似方案可以實現相同目的，但它們使用充電/放電電容器進行供電。由此產生的非矩形波形使得很難確保在適當時間間隔內向繼電器施加穩定、適當的線圈功率，從而無法正確運行繼電器，也無法在降低線圈功率的同時保持繼電器正確接合。此類方案雖然常用，但由于難以確保適當的線圈驅動，因此不建議使用。

同樣，必須始終記住，線圈功率的降低會降低繼電器線圈的吸持力，從而減少應用中的沖擊和振動耐受性。

如需獲取關于所有這些技術的繼電器系列特定信息，請咨詢 TE 繼電器產品工程部。并非所有繼電器都以相同的方式工作。

觸點負載/壽命性能提升

• 零交叉同步 - 有多項技術可以讓直流線圈繼電器比其公布的負載/壽命額定值（針對隨機切換時的交流負載）表現得更好。這通常涉及觸點在“接通”時到負載電壓波形以及在“斷開”時到負載電流波形的某種零交叉同步。如果操作得當，使用電阻負載、電抗負載，特別是使用高浪涌電容負載和電光負載時，開關壽命可以得到顯著改善。

在“接通”和“斷開”瞬間非常精確地切換到接近零交叉時，還存在幾個與可能增加的觸點電阻相關的觸點性能問題，因為在繼電器的整個使用壽命期間，都不會通過斷弧來自行清潔，以減少通常發生的觸點氧化和污染。

這是一個固有的復雜過程，將另外在應用說明“觸點負載/壽命性能提升”中更詳細地討論。