在数不清的消费、商业、工业应用和系统中，继电器发挥着至关重要的作用。它们经常会被不经意地用于日常系统中。例如，在调节家用火炉、点按电视遥控器或操作电梯时，我们就要使用继电器。继电器最初构想于 1835 年，当时是用来建立远距离电报连接，后来经改造又用于电话交换机。虽然本身不起眼，但仍一如既往地高效可靠地运行。
从实用的角度来看，继电器的功能就是电气开关。无论是近距离还是远距离，全都利用低功率信号来控制高功率电路。继电器的固有设计有助于有效隔离低功率信号和高功率电路，通常称为电隔离。这种隔离可确保用户的电气系统安全稳健地运行。继电器具有多功能性，因为它们可用于调节单个电路或多个电路，还可用作放大器或断路器。
此外，继电器还能够远程控制设备电源，从而增强安全措施，尤其是在可能对操作员造成身体危害的工业流程中。这些多功能器件采用多种封装，提供各种电流容量、安装选项和物理基底面，因而像无处不在的常用开关一样获得普遍使用。
继电器 - 工作原理
为了更好地理解这个主题，我们可将继电器分为两种基本类型：机电式继电器 (EMR) 和固态继电器 (SSR)。关键区别在于有无活动部件。
在这两种类型中，机电式继电器的历史最为悠久，其中包括触头、电枢、弹簧和电磁铁。在最基本的操作中，弹簧维持电枢的位置。通电时，电磁铁对电枢产生吸引力，使其移动并闭合一组触头，从而让电流流过电路。
图片图 1：机电式继电器的基本内部结构。（图片来源：CUI Devices）
相反，固态继电器与机电式继电器的基本用途相同，但完全是电子元件，没有活动部件。这种继电器出现于上个世纪 50 年代后期。它们包括输入电路、控制电路和输出电路，可用于调节电流。当施加的电压超过规定的始动电压时，控制电路会触发继电器。一旦电压降到压差以下，继电器就会停用。
机电式继电器与固态继电器的比较
与任何电子元件技术一样，机电式继电器和固态继电器都有各自明显的优缺点，需要加以考虑。
由于机电式继电器的设计已有两个世纪的历史，因此是一种操作简便的稳定器件，在涉及高电流和危险环境在内的各种应用中，均表现出良好的可靠性。它们提供完全的电气隔离，能够耐受高电流和电压浪涌，而且不受电磁干扰和射频干扰 (EMI/RFI) 等电气噪声的影响。
但是，由于机电式继电器有活动部件，因此随着时间的推移，它会出现物理退化，触头会因腐蚀和氧化而损坏。它们可能容易发生接触电弧，导致点蚀和短路。由于它们的机械特性，它们容易受到冲击和振动造成的触头颤动的影响，而且会产生自身的 EMI/RFI 噪声。此外，外部磁场可能影响继电器的工作。
相比之下，固态继电器的工作寿命更长，由于设计中没有活动部件，因此控制功率显着降低。这些器件能提供更快的开关循环，消除了电弧和触头颤动，而且不受外部机械冲击、振动或磁场的影响。与机电式继电器相比，固态继电器的工作电压范围较小，因而适用于电子设备，但不太适合大功率应用。
但是，由于本身独特的设计，固态继电器可能容易受到电压或电流瞬变以及 EMI/RFI 噪声的影响。所产生的热量往往高于机械式继电器，而且可能对环境温度非常敏感。值得注意的是，若是使用标准半导体开关，在本质上无法实现控制信号与负载之间的完全电气隔离，但可以使用光电耦合器件中的光电元件来实现，从而隔离输入和输出信号。
常见继电器类型
市场上有多种继电器类型可供选择，每种类型都是为满足特定的应用要求而量身定制。值得注意的是，虽然制造商对产品的具体命名可能略有不同，但主要的继电器类型可以大致归总如下：
通用型：这些是常见的机电式继电器，使用交流或直流电，工作电压范围为 12 至 230 V，能够控制 2 至 30 A 的电流。
信号：信号继电器可用于控制低功耗负载，电流通常小于 2 A。如需了解更多信息，
功率：功率继电器专门设计用于管理大功率负载，能最大限度地减少发热和电弧。
机器控制：这些是耐用的重载继电器，适用于大型工业应用。
自锁：自锁继电器会保持设定或复位状态（开或关），直至收到反相电压信号。
磁簧：磁簧继电器结构紧凑，操作便捷。这些继电器使用电磁铁控制一个或多个密闭式磁簧开关，因而不受外部污染物或湿气的影响。
零开关：当施加控制电压且负载电压接近于零时，这些继电器会激活负载。当控制电压消失时，它们会断开负载。
峰值开关：当施加控制电压且负载电压位于峰值时，峰值开关继电器会激活负载。当控制电压消失且电流负载接近于零时，它们会断开负载。
瞬时开启：瞬时开启继电器在施加始动电压时立即激活负载。
延时：延时继电器内置计时器，可基于时间控制事件。
模拟开关：模拟开关继电器对输出电压进行管理，将其作为输入电压的函数，从而在继电器额定值范围内提供无限的输出电压。
光耦合：这些是固态继电器，可以响应内部光源进行开关，从而提供控制电路和电源电路之间的隔离。
军用/高可靠性：这些继电器经过专门设计，能够在条件苛刻的恶劣环境下工作。
继电器可以进一步分类为常开型 (NO) 和常闭型 (NC)，前者在电路不通电时触头断开；后者在电路不通电时触头闭合。总之，在不通电时，继电器通常被指定为 NO 或 NC。
额定值和配置
继电器的额定值基于本身通过器件安全切换电力的能力。这些额定值可分类为交流和直流，通常以安培为单位。继电器的额定值必须等于或大于所要控制的器件，这一点非常重要。
继电器具备同时控制多个电路的能力，其名称表明了具体的特征。这些继电器名称包括 SPST、DPDT、3PDT 和 SP3T，其中的 P 和 T 分别表示我们所熟悉的“刀”和“掷”。
除了刀数和掷数外，还可以用“Form”一词来描述继电器的重要特征。类似“1 Form A”或“2 Form C”的字样重点强调两个关键信息。Form 类型表示开关是常开还是常闭，如果是 SPDT 开关，则表示它们是“先开后合”还是“先合后开”。Form 前的数字（1 或 2）表示继电器中此类的触头数量。一些常见的包括：
Form A - 常开
Form B - 常闭
Form C - 先开后合 SPDT 开关
Form D - 先合后开 SPDT 开关
总结
由于继电器设计简单且运行可靠，因而广泛应用于各个行业和市场的设备和系统中。继电器最初是电报系统的基本组件，甚至为计算机的早期发展做出了贡献，如今仍发挥着重要作用，可确保从远程位置安全高效地控制电力驱动设备。
信号继电器
自 1835 年出现以来，继电器已成为一种使用广泛的、非常重要的电子设备。尽管年代久远，但继电器仍然在各个领域发挥着重要作用。使用信号继电器，可以远程控制电路，使其在广泛的应用中发挥作用。甚至早期的计算机也是使用大量继电器来实现布尔逻辑功能的。信号继电器是继电器的一个主要子类且用途特定，通常在通信领域具有重要作用。本文将介绍信号继电器，具体包括信号继电器的概念、与其他继电器的差异及关键的选型标准等。
信号继电器的基础知识
信号继电器本质上是电操作式机电开关，用来控制电路中的电流。继电器是利用控制电流通过触点附近的线圈产生的磁力，使内部运动部件或触点在吸合和打开位置之间移动。这样可以实现小信号控制大信号。信号继电器类似于功率继电器，但用来处理低电压和通常低于 2 A 的小电流，并切换低功率信号，额定电压通常在 5 VDC 至 30 VDC 之间。因此，这类继电器也被称为“低信号继电器”。
如上所述，信号继电器是一种最适合低电压和低电流应用的机电式继电器，其触点专门为低功率设计。虽然能够处理更高的电流和电压的功率继电器对于某些应用来说可能更经济，但这种继电器会破坏音频或视频电路中的低功率信号，因此使信号继电器成为更合适的选择。信号继电器采用小型封装，非常适合电路板安装，并具有更快的开关时间。信号继电器通常比固态继电器便宜的多，而且不受电压或电流瞬态的影响，也不易受 EMI/RFI 影响。由于信号继电器的功率处理能力低，其发热也比固态继电器少，因此通常不需要在电路中采取热管理解决方案。
信号继电器的优势
信号继电器和其他机电继电器一样，在项目中具有多种优势：
设计简单
电气隔离
运行稳定
节省长距离布线的成本
多种封装和功能选择
抗 EMI/RFI 干扰
当与电路的功率要求正确匹配时，信号继电器还有其他优势，例如：
操作简便
体积小
经济实惠
抗机械冲击
内部线圈和触点之间高度绝缘
信号继电器的主要规格和选型
在为具体设计选择信号继电器型号时，需要考虑几个因素需要，包括：
额定电压：继电器可以切换的最高电压，通常以 VDC 或 VAC 为单位。
额定电流：继电器可以切换的最大电流，单位为 A。
接触电阻：添加到负载电路中的电阻，以 Ω 为单位。
线圈电压：继电器线圈的额定控制电压。
线圈电流：线圈在额定电压下承受的额定电流。
触点形式：继电器的开关配置（极数和常开或常闭配置）。例如，SPDT（1 C 型）和 DPDT（2 C 型）。
触点额定值：保证继电器性能的电流和电压值。例如，继电器额定值通常表示为 1 A @ 30 VDC。
开关时间：继电器从施加控制电流到触点闭合的工作速度，反之亦然。
安装类型：应用的安装方法。通常是在 PC 板上的通孔或表面贴装式安装。
介电强度：继电器在规定时间内可以耐受的、不会导致其损坏的最高电压。
工作温度：继电器可以安全、正常地工作而不会出现性能下降的指定温度范围。
使用上述清单，工程师就可以为项目选择信号继电器。首先，根据电路的最大开关负载确定所需的额定电压和电流。需要牢记的是信号继电器的开关能力通常为 2 A 或更小，这点非常重要。
接下来，确定所需的控制电压和类型（无论是交流还是直流），并指定要切换的极/电路数量。另外，电路/开关布局是否需要常开 (NO) 或常闭 (NC)
最后，考虑继电器在电路中的安装方法，如面板安装、DIN 导轨安装、表面贴装或通孔安装。通过确定所需的具体参数，就有可能确定一个满足系统需求的继电器，而不至于所选规格过高。
信号继电器的应用
由于其低功率开关能力，信号继电器已在消费和商业领域广泛应用。信号继电器为需要长距离信号的网络设备提供了一种有效的解决方案，这些信号的电压和电流高于大多数电子产品的原有处理能力。信号继电器在快速反应能力的应用中也很有用，无需像功率继电器那样的功率。此外，在家庭和办公室等日常环境中，温控器在低电压和低电流下工作，但需要向炉子或空调 (AC) 装置发送信号。信号继电器可以接受小的低功率控制信号，并利用该信号将信息传递给供暖或空调设备，以使这些设备按要求工作。
结论
随着电子系统变得越来越先进，常常需要在开关信号和需要开关的信号之 间达到完全的电气隔离。信号继电器为实现安全地远程控制电流和电压提供了一种解决方案。信号继电器广泛用于各种消费和工业产品及系统中，用于在不同类型的电路中切换电源。
功率继电器
继电器的主要功能是作为开关，控制电路中其他开关的运行。它们采用低功率输入信号，对高功率电路进行控制。激活继电器的低功率信号可触发电磁铁通电，从而启动衔铁移动。这种移动依次又会促使电气触点闭合，从而促使电力向受控电路的传输。
这种设计的最大优势之一在于能够将低功耗控制信号与高功率电路隔离开来。这种隔离不仅能保护操作人员免受潜在危险，还能保护设备免受潜在损坏。此外，这种布置还便于远程控制设备或系统，实现远距离操作。
机电继电器的起源可追溯到 1835 年，尽管多年来其组件和多样性有了很大的进步，但其基本功能却一直没有改变。历史上最广为人知的继电器之一就是功率继电器。虽然所有电气继电器本质上都能控制电源，但将所有继电器都称作“功率继电器”并不适合。本文将详细介绍功率继电器，包括其优点、配置和主要选择标准。
功率继电器基础知识
功率继电器因其能够管理高电平电流开关的专业能力而出名，电流覆盖几安培到更高的量级。由于功率继电器结构更坚固，尺寸更大，因此其触点能够承受较大的电流，这是通常需要电流超过 10 安培的应用的理想选择。
它们在各行各业的应用日益广泛，具体包括汽车系统、电梯控制器、阀门执行器以及各种以高初始电流浪涌为特征的设备，如电机、电磁阀、电源和电子镇流器。
与其他电气元件一样，继电器在安全管理功率方面也有其固有限制。每个型号都有一个最大额定功率，确保与各种负载有效匹配，从灯泡等低功率实体到大型电机等重型机械。不过，超过规定的额定功率会对继电器造成永久性损坏。
此外，触点不对齐会引起触点电弧，其特征是，当继电器触点打开但彼此靠近时，电流会通过触点之间的气隙放电。这种现象带来的风险不仅仅是产生火花和热量，还包括侵蚀触点和产生不必要的电气干扰，并可能会损害附近的设备。
功率继电器专为解决加热器、电机、照明阵列和工业设备等大电流设备的电力负载而设计。功率继电器的额定电流和电压之所以更高，主要是因为它使用了与普通继电器不同的开关触点材料。之所以选择这些材料，是因为它们能够经受大功率应用的严格考验，确保在要求苛刻的工业环境中可靠运行并经久耐用。
功率继电器触点材料
电流流经继电器触点时会遇到电阻，这一因素取决于触点的尺寸和材料成分。电阻升高不仅会放大继电器内部的功率耗散，还会增加发热量。减少触头电阻的一种方法是仔细选择接触材料。
传统继电器的触点通常由银镍制成，这种金属因其在继电器结构中的普遍应用而出名。银镍触点在切换阻性负载时表现出色，此时电流和电压同相。
相比之下，为更高负载而设计的继电器（如功率继电器）会选择使用氧化银镉、氧化银锡或金合金等材料制成的触点。这些材料是处理感性负载的理想选择，感性负载的特点是电流和电压不同步，可能会产生巨大的电流或电压尖峰。银氧化镉和银氧化锡触点都能减小电阻，降低高浪涌电流造成触点焊接的风险。值得注意的是，银氧化锡的采用避免了与镉基合金相关的环境问题，从而符合某些国家坚持的监管标准。
功率继电器与信号继电器的比较
功率继电器和信号继电器是继电器领域中两种常见的变体。虽然功率继电器优先处理较高的电压和电流，但它们的寿命周期通常较短。相反，信号继电器的设计寿命周期较长，但工作电压较低，电流最小。
功率继电器中使用的触点材料虽然擅长管理高功率情况，但并不非常适合低功率开关。这是因为在较低的电压下，触点之间的物理连接至关重要，这是由触点压力和清洁度等因素决定的，而不是由触点材料决定的。
此外，在电力应用中使用信号继电器存在固有风险，可能会因过压或过流而导致灾难性故障。即使这样的继电器能够幸存下来，也会缺少防电弧和触点自洁等关键功能，从而影响长期可靠性。
因此在决定使用功率继电器还是信号继电器，要遵守一项重要的基本准则：始终将切换的功率级别与继电器的额定功率相匹配。这样就可以确保最佳性能，降低故障风险，维持继电器和相关系统的完整性。
功率继电器类型
功率继电器和普通继电器一样，主要有两种类型：机电式和固态式。
机电式功率继电器依靠线圈、磁场、弹簧、活动衔铁和触点的组合来调节设备的功率输出。
另一方面，固态继电器不使用移动部件。相反，它们利用硅控整流器 (SCR)、TRIAC（交流三极管）或开关晶体管等半导体器件来切换交流和直流电流。与机电继电器相比，固态继电器具有开关速度更快、可靠性更强等优点。然而，随着功率需求的增加，其成本效益也随之降低，原因是坚固型功率半导体的相关成本较高，且还需要加入额外的热管理元件。
常见配置和额定值
功率继电器与非功率继电器一样，也是根据触点配置进行分类的，触点配置表示继电器可同时控制的设备数量。常见的分类包括：
SPST（单刀单掷）
DPDT（双刀双掷）
3PDT（三刀双掷）
SP3T（单刀三掷）
继电器触点分为常开 (NO) 或常闭 (NC)，取决于其在继电器无电源时的状态。
继电器额定值表示继电器可安全有效地切换的最大功率。这些额定值通常以交流和直流电流的安培数表示。继电器的额定值必须超过被切换设备的额定值，同时要考虑安全系数。
与非功率继电器类似，功率继电器也可以用“Form”一词来描述。"1 Form A" 或 "2 Form C" 等短语可以让人了解继电器的特性。"Form" 前面的数字表示继电器中可用的触点数量。"Form A" 表示常开继电器，"Form B" 表示常闭继电器。"Form C" 和 "Form D" 适用于 SPDT 继电器，表示哪个位置视为常闭，以及分别表示继电器是先开后合还是先合后开。虽然还有许多其他形式，但这四种是最常用的。
Form A - 常开
Form B - 常闭
Form C - 先开后合 SPDT 开关
Form D - 先合后开 SPDT 开关
其他考虑因素
在选择器件时需要考虑的其他因素包括：
输入电力浪涌：某些设备在启动时可能会产生明显的电力浪涌。在指定继电器之前，必须找出这些浪涌，以防损坏设备。
线圈抑制：继电器循环会产生高压瞬态。线圈抑制包括在电路中使用额外的元件来保护设备免受这些瞬态干扰。不过，这可能会缩短继电器的使用寿命。确定是否有必要针对特定应用使用特定线圈抑制策略。
闭锁：闭锁继电器在断开启动电源后仍能保持上次的触点位置。某些应用可能需要此功能。
噪声：继电器会产生电磁干扰 (EMI) 或射频干扰 (RFI) 噪声，在大功率设备中更为明显。事先要确定设备或系统对这种噪音的敏感度。
触点颤动：继电器工作时，其触点可能会经历短暂的打开/关闭周期，即触点颤动，从而产生电脉冲。根据应用的灵敏度，这种反弹可能会造成不良影响，因此在指定继电器之前，必须确定触点颤动是否会影响应用。
结语
继电器是值得信赖、高效、可靠的设备，可为系统和设备提供安全的电气控制，同时保持操作员与工作电流的安全隔离。无论是机电式还是固态式功率继电器，都经过了专门的设计，具有增强的功能，可管理更高的电压和电流。
