继电器的工作原理以及驱动电路解析 —电路图天天读（245）

　　继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

　　继电器的继电特性

　　继电器的输入信号 x 从零连续增加达到衔铁开始吸合时的动作值 xx，继电器的输出信号立刻从 y=0 跳跃y=ym，即常开触点从断到通。一旦触点闭合，输入量 x 继续增大，输出信号 y 将不再起变化。当输入量 x 从某一大于 xx 值下降到xf，继电器开始释放，常开触点断开。我们把继电器的这种特性叫做继电特性，也叫继电器的输入-输出特性。

　　一、继电器（relay）的工作原理和特性

　　1、电磁继电器的工作原理和特性

　　电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返

　　回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

　　2、电路原理

　　2.1 继电器简单介绍

　　基本概念

　　继电器是一种当输入量变化到某一定值时，其触头（或电路）即接通 或分断交直流小容量控制回路

　　2.2 工作原理

　　由永久磁铁保持释放状态，加上工作电压后，电磁感应使衔铁与永久磁铁产生吸引和排斥力矩，产生向下的运动，最后达到吸合状态。

　　3、 晶体管驱动驱动电路

　　3.1 电路原理图

　　当晶体管用来驱动继电器时，推荐用NPN三极管。具体电路如下：

　　工作原理简介

　　当输入高电平时，晶体管T1饱和导通，继电器线圈通电，触点吸合。

　　当输入低电平时，晶体管T1截止，继电器线圈断电，触点断开。

　　3.2 电路中各元器件的作用

　　晶体管T1为控制开关。

　　电阻R1主要起限流作用，降低晶体管T1功耗。

　　电阻R2使晶体管T1可靠截止。

　　二极管D1反向续流，为三极管由导通转向关断时为继电器线圈中的提供泄放通路，并将其电压箝位在+12V上。

　　4、集成电路驱动电路

　　目前已使用多个驱动晶体管集成的集成电路，使用这种集成电路能简化驱动多个继电器的印制板的设计过程。现在我司所用驱动继电器的集成电路主要有TD62003AP。

　　当2003输入端为高电平时，对应的输出口输出低电平，继电器线圈两端通电，继电器触点吸合；

　　当2003输入端为低电平时，对应的输出口呈高阻态，继电器线圈两端断电，继电器触点断开。

　　24V 继电器的驱动电路

　　继电器串联 RC 电路：这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源电压的电路中。当电路闭合时，继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线圈中电流的增大，从而延长了吸合时间，串联上 RC 电路后则可以缩短吸合时间。原理是电路闭合的瞬间，电容 C 两端电压不能突变可视为短路，这样就将比继电器线圈额定工作电压高的电源电压加到线圈上， 从而加快了线圈中电流增大的速度，使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容 C 不起作用，电阻 R 起限流作用。

　　二、继电器额定工作电压的选择

　　继电器额定工作电压是继电器最主要的一项技术参数。在使用继电器时，应该首先考虑所在电路（即继电器线圈所在的电路）的工作电压，继电器的额定工作电压应等于所在电路的工作电压。一般所在电路的工作电压是继电器额定工作电压的0.86。注意所在电路的工件电压千万不能超过继电器额定工作电压，否则继电器线圈容易烧毁。另外，有些集成电路，例如NE555电路是可以直接驱动继电器工作的，而有些集成电路，例如 COMS 电路输出电流小，需要加一级晶体管放大电路方可驱动继电器，这就应考虑晶体管输出电流应大于继电器的额定工作电流。

　　1、晶体管驱动电路

　　当晶体管用来驱动继电器时，必须将晶体管的发射极接地。具体电路如下：

　　2 、原理简介

　　NPN 晶体管驱动时：当晶体管 T1基极被输入高电平时，晶体管饱和导通，集电极变为低电平，因此继电器线圈通电，触点 RL1吸合。当晶体管 T1基极被输入低电平时，晶体管截止，继电器线圈断电，触点 RL1断开。

　　编辑点评：本文介绍了继电器的工作原理以及继电器的驱动电路，驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而定，一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。

　　因不同的类型电子产品需要使用不同的充电 器，充电时还要寻找合适的插口和理顺接线，笔者利用电磁感应原理，设计了智能无线充电器。该无线充电器具有 自动感应充电和充满电后智能断电功能，不仅适用于各种不同充电电压和容量的电子产品，而且能够对多台不同的电子产品同时进行充电。作品采用智能无线充电的 设计思想，具有使用方便、适用面广的优点，有较高的推广应用价值。

　　1.系统概述

　　1.1当前充电模式情况

　　在电子科技技术高速发展的今天，全球范围内的手机用户数量已经达到了33亿，再加上MP3、MP4等其他周边电子产品，平均不到2人就拥有一个需要充 电 的便携式电子产品。目前普遍使用的都是数据线插接式充电，这种充电方式数据线接口用久了通常会有触不良等现象，而且单个充电器适应面不广，因不同的类型电 子产品需要使用不同的充电器，充电时还要寻找合适的插口和理顺接线，真可谓费时费力；各种便携式电子产品的充电是一件令人头痛的麻烦事。为了改良上面的现 象，研发智能无线充电器是很有必要的。

　　2.工作原理概述

　　2.1 系统模块

　　无线充电器利用电磁感应原理。 通过 NE555D 芯片产生一个 36.7K 的脉冲频率（因为经过调试在 36.7K 频率时，效率达到最高），IRFP460 功 率放大，使发射线圈产生磁场，当接收线圈靠近时，产生感应电流，经过全波整流和稳压，得到负载（手机）所需要的充电电压和电流。发射线圈的电流会随着感应负载的增加而增大，通过运放把 0.33 欧的负载电压 23 倍放大，再经过 1N4148 整流滤波得到电压 U1 与基准源 Uo 比较。充电时，U1 大于 Uo 七彩灯闪 亮，表示正在充电；空负载或充满电时，U1 小于 Uo，绿灯亮，若 10 秒钟后没有感应负

　　载，自动断电；按一下复位键则充电器重新启动。具体电路分析如下：

　　2.1.1NE555D 脉冲发生器模块

　　如图 1， 根据 T= （R1+Rp） C1， f=1/T， 调节 Rp 使 NE555D 输出一个 36.7KHZ的脉冲频率。

　　2.1.2 功率放大及无线发射模块

　　主要把 NE555D 产生的一个 36.7KHZ 的脉冲功率放大，经发射线圈发射出去。当脉冲为高电平时，Q12 栅极为高电平，Q12 导通，此时 Q8 饱 和，Uceq电压只有 0.67V，经 D10-4148 后 Q1 栅极电压为 0，Q1 截止。当脉冲为低电平时，Q8、Q12 同时截止，电流直接由 R16D10Q1，Q1 导通。整个过程中 Q1 与Q12 均以一开一关的形式工作。电路如图 2：

　　2.1.3 感应线圈模块

　　如图 3，当感应线圈靠近发射线圈时，就会产生感应电流，经过全波整流后，根据不同的电子产品的充电电压，可选择不同的稳压二极管稳压，再经三极管Q100 放大电流后供给不同电子产品充电。

　　2.1.4 充电检测模块

　　当有感应负载时，R20（0.33 欧）电阻上 的电压会增大，经运 放 U2A 放大 A=1+R5/R6=23倍后，电压变化明显，再经过 1N4148 整流滤波，得电压 U1与基准源 U。比较，此时 U1＞U。，运放输出 Ui 为高 电平，七彩灯闪烁；当感应负载充满电（或没有感应到负载），此时 U1＜U。，运放输出 Ui 为低电平，绿灯亮。

　　2.1.5流程图

　　具体工作流程如图 6所示：

　　编辑点评：本设计把目前电子类课程所学的专业知识真正应用到实践中，介绍了电磁感应式智能无线充电器电路的设计，电路功能实现较好，性能优良、稳定，较好地达到了预期设计要求的各项指标。

　　编辑点评：本设计把目前电子类课程所学的专业知识真正应用到实践中，介绍了电磁感应式智能无线充电器电路的设计，电路功能实现较好，性能优良、稳定，较好地达到了预期设计要求的各项指标。