晶体三极管驱动继电器电路及其抗干扰的一些建议

1、连接方法

用晶体三极管驱动继电器时,建议连接集电极使用。另外,继电器为 ON 时外加额定电压、继电器为 OFF 时使电压为零是一种避免故障的使用方法。并且,在低电压线路(5V 以下)中,请选择考虑到晶体三极管电压降落的电源电压、继电器品种。(在 5V 线路中,建议使用线圈额定电压为 4.5 V型)

  • 集电极连接:最一般的连接,工作稳定。
  • 发射极连接:由于操作时的不得已,可能会有电压没被完全外加于继电器,晶体三极管没有完全导通的不安。
  • 并联连接:线路全体的消耗功率变大,需要考虑继电器电压。

2、晶体三极管的浪涌电压对策

如果急速截断继电器的线圈电流,会产生急剧的高电压脉冲。这个电压如果超过晶体三极管的耐电压的话,会导致晶体三极管劣化、破损。有必要连接浪涌吸收元件。在直流继电器情况下,连接上二极管效果会比较好。作为这个二极管的额定,平均整流电流适用与继电器的线圈电流同等的电流,逆方向阻止电压适用约为电源电压3倍的电压。二极管的连接作为浪涌电压对策是很好的,但是会发生继电器断开时间长的情况。有必要缩短的时候,稳压电压在晶体三极管的 CE 间用稳压二极管连接比供给电源电压高一些的电压的话效果会变好。3、继电器外加电压的急剧上升、急剧下降特性(snap action)

继电器线圈外加电压不是徐徐上升的,应在瞬间外加,瞬间变为零。请把急剧上升时间、急剧下降时间的标准定为 1ms 以下。

4、施密特线路(snap action 线路)(波形整形线路)

在输入信号没有 snap action 时,一般使用施密特线路即可得到 snap action。要点如下:

  • 共通发射极电阻 Re 的值与继电器线圈电阻比较的话,有必要使它变得充分小。
  • Tr2导通时由继电器线圈电流引起的 P 点的电压和 Tr2 导通时 P 点的电压的差会使施密特线路检知能力滞后,设置时需要注意。
  • 在输入信号(Signal)有振荡等波形摇摆的情况下,请在此施密特线路的前段连接 CR 时的定数线路(但是应答速度会变慢)。

5、请避免达林顿复合连接(高增幅率)

Vcesat变大所以需要注意。虽然不会直接导致不良,但是如果长期或多个的话,这种差异会导致故障的发生。6、线圈的残留电压

向线圈连接半导体(晶体三极管、UJT等),使开关工作时,继电器线圈上有残留电压,这会成为恢复不良或误操作的原因。特别是 DC 线圈的断开电压以额定电压的 10%V 以上与 AC 线圈相比成为低值,尤其是随着寿命次数的增加断开电压一般会有降低的倾向,故会有恢复不良的危险或接点电压、耐振性降低的情况。如下图,从晶体三极管的集电极取出信号,想要驱动其他线路时,即使是晶体三极管截断时,在继电器里也有微小的暗电流流动,成为前面所说的发生不良的主要原因。7、对于继电器控制电路抗干扰的一些建议

根据以往遥控以及控制方面的工程经验,要解决这个方面的问题可从以下几个方面考虑:

  • 继电器,尤其是控制大功率负载的继电器,尽量远离 MCU 等敏感器件
  • 使用固态继电器,或者使用可控硅等电子开关来代替机械开关,此举可消除负载产生的电火花,从而消除大部分的干扰,经过这样的处理,干扰源的干扰强度能大大降低。
  • 在开关的触点处,无论是使用电子开关还是使用机械开关,如果电流变化大的话,在触点上并联 RC 吸收回路和压敏电阻之类的限幅和高频干扰吸收回路,用来吸收掉高频能量,同时大大降低了在开合瞬间的开关两端的电压,有利于保护机械开关的触点,对于电子开关,更是消除了高压可能导致的击穿。
  • 如果被控制的器件的功率实在比较大的话,可以考虑两极控制方式,即用一个小功率的继电器或者电子开关控制一个大功率的继电器或者电子开关,这样小功率的继电器或者电子开关虽然接近控制单元电路,但是大功率的部分则远离该部分,故干扰强度将大大降低,还有就是可以考虑在这个中间插入光电耦合器,来切断控制电路和被控制电路的电气连接,这样也能将干扰降低几个dB。
  • 对 MCU 等控制电路加强抗干扰措施,可以考虑加入屏蔽罩,还有加强电源滤波,另外地线也需要小心处理。
  • 选用抗干扰性能比较强的控制器件,比如 PIC,三菱,Motorola 的MCU就相当不错。
  • 注意电路板的布局和布线,以及控制板的摆放等也能增强抗干扰能力。

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