Relay 繼電器簡介-看懂繼電器就知道怎麼選擇

Relay 繼電器的目的是以小電流控制大電流的ON/OFF,這樣就可以利用微電腦CPU的IO(Input/Output)來控制家電甚至動力馬達。常見到的應用如汽車的方向燈;建築物蓄水池的抽水馬達,也是利用浮球的低電壓訊號來驅動繼電器ON/OFF,進而驅動抽水馬達。

繼電器 Relay 的構造

下圖就是個很典型的電磁式繼電器Electromechanical Relay,它右方有個24VDC的電磁鐵與控制電路相連接,啟動時電磁鐵會吸住左方的簧片,如此簧片就會導通,進而讓負載運作。

Relay 4PDT繼電器
Relay 4PDT繼電器

Relay 規格敘述

繼電器的規格分為兩種,線圈規格與接點規格,前者指的是電磁鐵的規格,用來敘述電磁鐵需要多少電壓電流才能驅動;後者指的是接點規格,用來敘述這個Relay可以導通多大的電壓電流。

線圈規格

可分為DC或AC驅動,控制線路必須考慮自身能提供的電壓與電流,這當中線圈的阻抗與電抗也要考慮。

繼電器Relay的規格範例,摘自OMRON MY系列的datasheet

線圈規格通常會標示在外殼的某一面,以這個例子來說它標示在外殼的上方Top View,要注意的是接腳的順序是Bottom View,所以從上往下看的話接腳是反序的喔。

線圈規格與接腳的標示,摘自OMRON MY系列的datasheet

接點規格

接點可導通的電壓電流上限都敘述在這裡,AC與DC的適用規格不同。接點組成是指有幾路會同時導通,例如DPDT是2路它就會寫2c,4PDT是4路它就會寫4c。接點機構若為單點,表示它在每路的接點上,使用一個圓餅形的金屬作為接觸點,雙點則是指在每路接點上的末端會叉成兩路(bifurcation),各自有圓餅形的金屬作為接觸點,接觸效果會變好但Relay壽命會變短。

繼電器Relay的接點規格

優缺點

電磁式繼電器的缺點就是體積大,切換時會產生很大的噪音,方向燈閃爍時會聽到的滴答聲,就是繼電器在ON/OFF之間切換的聲音,而且電流大的話還會產生火花;音響擴大機內的音源切換,也能聽到清脆的滴答聲。

音響擴大機內切換音源的Relay繼電器
音響擴大機內切換音源的Relay繼電器

建築物的抽水馬達控制盤內的繼電器體積更大(如下圖),裡面有電磁接觸器Magnetic Contactor(MC)與繼電器Relay,切換時產生的噪音更驚人,火花的亮光透過MC的外殼縫隙就隱約能看到。

抽水馬達控制盤的Relay
抽水馬達控制盤的Relay

電磁接觸器MC某種程度來說它就是個繼電器,與一般Relay的差別是,它配備有消弧功能,專門用在15A以上電流或3KW以上功率的裝置,例如馬達的控制。所以Relay與MC是不同檔次的東西。

電磁式繼電器雖然有噪音與火花,它的好處就是接點阻抗很低,頻寬高,因此音響擴大機的後級會透過電磁式繼電器將聲音訊號接入,確保音質。

但時代在進步,有人利用半導體開發了固態電容Solid State Relay(SSR),裡面式用光耦合的方式來達成隔離效果,而且由於是半導體製程,SSR切換時速度超快,沒有火花,也沒有噪音非常的安靜。但缺點就是會熱,因為講到底SSR畢竟不是整塊金屬,接點Close時的阻抗並不像金屬般的低,所以會熱;Open時的阻抗又不像空氣般的高,所以斷路時還是會有漏電流,至於要選哪一種比較好,就看你的應用囉。

Relay 電路

既然繼電器有電磁鐵線圈coil與開關switch,所以電路的Relay符號就會有這兩樣東西,我畫在下圖。這是個方向燈的例子,左邊是閃爍控制訊號,它的電流比較小,而右方的鎢絲燈泡所需的電流比較大,因此無法直接接在控制電路上,需要用繼電器隔開。

Relay繼電器燈泡控制應用
Relay繼電器燈泡控制應用

一定有人會問如果是用省電的LED燈難道不能直接放在控制電路上嗎? 理論上可以,但是我們設計電路時需要考慮到意外狀況,也就是使用者有可能將燈泡兩極短路,若此時燈炮與控制電路接在一起,可能會將控制線路燒毀,而我希望在意外時刻被燒毀的是繼電器,維修成本較低,而且它通常會插在專屬的區域插座上,比較方便更換。

彈跳現象Bounce

眼尖的你應該會發現上圖繼電器的線圈端並聯了一個反向的二極體,這是為了減少ON/OFF瞬間產生的彈跳震盪Bounce,這種震盪會造成如下圖的EMI干擾,你一定不希望車子在關鍵時刻不聽使喚,只因為你打了方向燈,詳細的內容可以參考這篇。

繼電器 EMI 電磁干擾防範-用一個元件搞定

遭受電磁干擾的I2C訊號

RELAY FORM A/B/C/D

如果你選購過繼電器,一定會發現Relay規格有所謂的FORM A或者FORM C,這是甚麼呢? 我說明如下,這是繼電器型式的簡稱,畫圖如下。

繼電器Relay的形式Form

Form A

表示常開型Normal Open的單刀單擲(Single Pole Single Throw,SPST),若單一包裝內有兩組則標示為2 Form A也稱為DPST,以下類推。

Form B

表示常閉型Normal Close的單刀單擲SPST。

Form C

表示單刀雙擲(Single Pole Double Throw, SPDT),切換的過渡時期新舊端點都不會觸碰到,最終會停在新端點上。若有兩組則稱為2 Form C或是DPDT(Double Pole Double Throw),以下類推。

Form D

表示單刀雙擲SPDT,切換的過渡時期新舊端點都會觸碰到,最終會停在新端點上。

注意Relay極性

雖然說Relay裡面是電磁鐵驅動,理當沒有極性之分,但為了方便User使用,有些Relay裡面會幫你安裝好Flyback二極體,有些還會安裝LED指示,這時你就需要注意極性了,若電源反接很可能燒掉自己的控制電路。

 

各種繼電器的變化選項,摘自OMRON MY系列的datasheet

2 Comments

  1. 請問用9V的接口輸出,給5V的relay,繼而再用relay的「開」「關」控制12V的馬達,5V的relay會因9V電燒掉嗎?請指教!!謝謝。

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*