具有機械電子雙重優點的繼電器

混合式繼電器是靜態繼電器(又稱固體繼電器、電子繼電器或半導體繼電器)與機電繼電器并聯在一起組成的電源開關，兼備機電繼電器的低電壓降和固體繼電器的高可靠性。家電電機啟動器或家用電暖氣的控制開關是繼電器的常用應用領域。鑒于符合RoHS法規可能會降低機電繼電器電源開關的可靠性，混合式繼電器的市場關注度越來越高。

但是，正確控制混合式繼電器遠不像乍看起來那么容易，例如，機電繼電器和固體繼電器之間的切換操作可能產生尖峰電壓，輻射電磁噪聲。本文提供幾個容易實現的降低混合式繼電器的尖峰電壓的控制電路設計小貼士。

1.集固體技術和機電技術之大成

在選擇交流開關時，設計人員非常熟知機電開關和固體開關的優點和缺點。半導體開關即固體開關的響應速度快，通電時無電壓反彈，斷電時無火花，不會輻射電磁干擾(EMI)，也不會縮短繼電器的產品壽命。機電式開關的主要優點是導通損耗小，能夠為2 A RMS以上的應用系統省去一個散熱器，驅動線圈與電源接線端子之間的電隔離還節省了驅動可控制硅(SCR)整流管或三端雙向晶閘管的光耦合器。

第三個電源開關解決方案是將固體繼電器和機電繼電器并聯，集兩種繼電器技術之大成，設計一個混合式繼電器(HR)。圖1所示是電機啟動器所使用的混合繼電器拓撲。圖中的三相電機啟動器只使用兩個混合式繼電器。如果兩個繼電器都被關斷，只要負載沒有連接零線，電機就會保持斷態。

如果負載連接零線，也可以在L1線上串聯一個混合式繼電器開關。

圖1: 左圖)基于混合式繼電器的電機啟動器; 右圖) 繼電器/雙向晶閘管控制順序

圖1還給出了混合式繼電器的控制順序:

-導通順序:

- 首先，三端雙向晶閘管導通(如果電流更大，應改用兩個反極性并聯的可控硅整流管)，這準許負載零壓導通;

- 然后，繼電器在一個或幾個交流電周期后導通。繼電器的導通電壓極低(通常是在1-2V之間，是雙向晶閘管的電壓降);

- 最后，應在繼電器線圈上電至少1至2個周期后撤消雙向晶閘管柵電流，為繼電器在雙向晶閘管關斷前開始運行提供充足的時間。因此，在穩態過程中負載電流只流經機電繼電器。

-關斷順序:

- 首先，三端雙向晶閘管導通。當繼電器處于通態時，負載電流主要是通過機電繼電器送到電機。.

- 然后，繼電器在幾毫秒后關斷。繼電器的關斷電壓極低，類似于繼電器導通操作。因此，火花期被縮短。

- 最后，應在繼電器線圈掉電至少1至2個周期后撤消雙向晶閘管柵電流，雙向晶閘管關斷，混合式繼電器在零電流時關斷。

在近乎零壓時關斷機電式繼電器的設計方法可將繼電器壽命延長10倍，如果開關操作是直流電流或電壓，繼電器的壽命延長不只是10倍，可能更高。