【经验】TE分析线圈抑制可缩短继电器寿命——涉及继电器的去激励周期

时间： 2022-07-09 来源：TE connectivity

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本文TE connectivity针对与对电磁继电器线圈去激励时使用的方法相关的问题，特别是在使用固态开关时，以及它们是如何影响继电器寿命的。

它主要涉及继电器的去激励周期，并且讨论了

线圈去激励时继电器系统的电枢和开关动力学。
线圈感应电压是如何发生的。
保护固态开关的技术。
简单线圈抑制二极管对继电器开关动力学和触点寿命的不利影响。
使用二极管抑制时插接触点之间的典型“粘连”以及断开能力降低。
将齐纳二极管加入普通二极管如何提供电压抑制和可靠的开关性能。

典型拍合式继电器中的继电器去激励或“退出”通常按如下过程发生：当线圈电源中断时，磁通量衰减到不断减少的磁吸持力（设法保持电枢位置）下降到弹簧力（设法拉离其位置）以下，然后电枢开始打开。随着电枢继续打开，弹簧力会根据电枢位置而减少；但是，反磁力会随着电枢位置和线圈电流衰减（两者都会减少线圈磁通量）而降低。当继电器线圈中的电流中断时，随着线圈的磁通量（与线圈匝数关联）崩溃，线圈上可能会产生数百甚至数千伏的感应电压瞬变。如图 1 所示，这种感应电压加上线圈电源电压出现在简单串联开关电路中的线圈中断开关上。

图 1 运行和释放动力学线圈电压和电流，不含二极管的典型直流继电器

在当今的逻辑控制系统中，通常使用固态开关操作直流线圈继电器，并且该开关可通过各种抑制技术防止出现去激励线圈感应电压。这些技术往往受到线圈分流手段影响，旨在缓解线圈电流突然中断以及由此产生的高速率线圈磁通量崩溃。

一种非常常见的做法是只使用一个通用二极管对线圈分流，放置二极管以阻断源电压，并以线圈感应电压的反向极性传导。这为在去激励线圈中流动的电流从外部分流回线圈提供了一条路径，从而将线圈感应电压的幅度限制到二极管的正向压降，线圈电流和由此产生的磁通量缓慢衰减（参见图 2）。

图 2 运行和释放动力学线圈电压和电流，含二极管的典型直流继电器

此二极管分流为固态开关提供了最大保护，但可能会对继电器的开关能力产生非常不利的影响。必须认识到，可用于使电枢打开的净力是磁约束力和弹簧打开力之间的差值，每一种力都以某种方式变化，从而导致净力随时间和电枢位置而发生变化。正是这种净力在尝试影响电枢和接触弹簧转移时，产生了电枢系统速度和动量能量。

缓慢衰减的磁通量（线圈中的简单二极管分流最慢）意味着可用于加速电枢打开的净力最少。事实上，由刚性无接触弹簧提供的打开力的快速丧失，加上缓慢衰减的磁力，实际上会导致一段净力反转期，其间电枢速度减慢、停止甚至暂时反转，直到通量进一步衰减，最终使可获得的弹簧“回弹”力导致继续转移。

同样重要的是要认识到，当典型电源继电器的触点将上升很快（例如，电阻）的中高电流负载连接到电压源时，在插接触点之间发生一分钟熔融接口，从而产生微焊接或粘连情况，必须在下一次的打开转移时分离。

“粘连”力通常在净打开力的能力范围内，辅以移动电枢的动量，断开粘连并影响接触转移。然而，电枢速度的丧失甚至反转（在如上所述的简单二极管分流条件下），以及随之而来的帮助断开触点粘连所需的电枢动量丧失，可能会导致无法断开粘连，遇到触点“焊接”情况。

线圈电流衰减越快，磁阻力越小，从而电枢动量和触点粘连“断开能力”也越大。

显然，在未使用抑制时，情况最好。然而，串联使用齐纳二极管和通用二极管可以获得接近最佳的衰减率。当线圈电源中断时，通过串联排列分流线圈电流，从而保持与齐纳电压（加上正向二极管压降）相等的电压，直到线圈能量消耗完毕。如图 3 所示。

图 3 运行和释放动力学线圈电压和电流，含二极管和 24V 齐纳二极管的典型直流继电器

选择齐纳电压值可将线圈开关电压限制在开关额定值可接受的水平。这在线圈开关保护和继电器开关性能之间提供了最佳折衷，应用于确保最大继电器性能和可靠性，同时确保控制电路免受线圈感应电压的影响。

行业惯例是先测试继电器，随后在不进行线圈抑制的情况下建立性能评级。当应用条件要求抑制线圈感应电压时，建议使用将被使用的抑制来评估继电器的性能。

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型号- HD16,HD14-6-96P,1719043-1,DRC13-40P*,WB-48S*,G454,DT13-2P,2151239-2,DT04-4P-P021,2151239-1,1-1670730-1,DT SERIES,DT06-2S-****,DRC13-40PD,DRC13-40PC,962970-1,DRC13-40PB,539758-2,DRC13-40PA,962970-7,3-1703843-1,963742,DT04-4P*-****,3-1418479-1,DRC26-38**,776523-4,2292865-3,776523-3,DRB12-102PAE-L018,HD10,776523-2,776523-1,1060-14-1088,2292865-1,HD14,2292865-2,3-1563759-1,HD30-18BT-BK,DTM4P-BT,1-1564512-1,DT3P-DC,2138839-2,2138839-1,DT12P-DC-BK,DT13-12P*,WB-48P*,HD1*-6-96*,4-1703839-1,DTM3S-BT-BK,HD10-9BT-BK,2151181-1,1-1564414-1,3-1579021-7,2151181-2,DRC16-40S,DT3P-BT,2112297-1,1-1418883-1,969029,969028,1-1703820-1,DTP 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选型指南 - TE CONNECTIVITY - 2019/12/2 PDF 英文下载

591889-1 WIRE SPLICE ASSY DOUBLE W/ DIODE SIZE 20, TJ

型号- 591889-1

产品图纸 - TE CONNECTIVITY - Revision B - 2021-05-19 PDF 英文下载

【选型】First Sensor PIN光电二极管、雪崩光电二极管在激光领域等设计应用中的选型参考

First Sensor （TE 收购）致力于研发和制造各类具有高灵敏度和低暗电流的高速光电监测器，且产品参数可根据客户具体需求进行调整，适用于紫外线、可见光、红外光和电离辐射等领域，有SMD和通孔等成套解决方案，还提供用于检测低光照水平的硅光电倍增管。下面通过介绍不同类型的光电二极管的性能及应用领域，为工程师设计选型提供参考。

器件选型发布时间 : 2020-02-13

【产品】8系列雪崩光电二极管AD230-8，直径230 µm的有效检测面积

FIRST SENSOR （TE 收购）致力于研发和制造各类具有高灵敏度和低暗电流的高速光电监测器，且产品参数可根据客户具体需求进行调整，适用于紫外线、可见光、红外光和电离辐射等领域，有SMD和通孔等成套解决方案，还提供用于检测低光照水平的硅光电倍增管。FIRST SENSOR推出的8系列雪崩光电二极管是直径为230μm的圆形有源APD芯片，利用回流焊技术，采用陶瓷载体式非密封表面贴装透明玻璃。

新产品发布时间 : 2020-02-29

591890-1 WIRE SPLICE ASSY DOUBLE W/ DIODE SIZE 20 & 22, TJ

型号- 591890-1

产品图纸 - TE CONNECTIVITY - Revision C - 2020-11-10 PDF 英文下载

First Sensor提供激光测距仪用传感器解决方案：雪崩光电二极管（APD）

First Sensor（TE收购）的雪崩光电二极管（APD）专门针对从蓝光（400nm）至红外（1064nm）波段的不同波长进行优化设计。8系列和9系列在650至850nm或905nm波段具有最高灵敏度，能够在诸多激光测距仪中使用。10系列特别适用于使用脉冲Nd:YAG 1064nm激光束源的所有应用领域。

原厂动态发布时间 : 2020-01-29

TE connectivity功率继电器选型表

端子极限断开电流1A-70A，线圈功率额定值（直流）：10mW~4000mW，线圈电阻：9.1Ω~64533Ω，线圈电压额定值：2V~277V

产品型号

品类

Power Relay Type

Contact Limiting Breaking Current（A）

Coil Power Rating DC(mW)

Coil Resistance(Ω)

Coil Voltage Rating(V)

Contact Switching Load(Min)(A、mA)

Contact Switching Voltage(Max)（V）

Contact Voltage Rating（V）

Insulation Initial Dielectric Between Contacts&Coil(Vrms)

Contact Limiting Continuous Current(A)

Insulation Creepage Between Contact&Coil(mm、in)

Contact Limiting Making Current(A)

Insulation Creepage Class(mm)

Contact Limiting Short-Time Current(A)

Insulation Initial Dielectric Between Open Contacts(Vrms)

Insulation Initial Dielectric Between Coil&Contact Class（V）

Contact Current Class（A）

Contact Current Rating(Max)(A)

Contact Number of Poles

Product Height(mm、in)

Product Length(mm、in)

Product Width(mm、in)

Width Class (Mechanical)(mm)

Insulation Clearance Class(mm)

Insulation Clearance Between Contact & Coil(mm、in)

Height Class (Mechanical)(mm)

Length Class (Mechanical)(mm)

Environmental Ambient Temperature Class（℃）

选型表 - TE connectivity 立即选型

591891-1 REMOVABLE MODULE BLOCK WITH FUSE DIODE & CAPACITOR

型号- 591891-1

产品图纸 - TE CONNECTIVITY - Revision D - 2008-10-23 PDF 英文下载

【产品】雪崩光电二极管放大器AD500-9-8015，有效区域直径0.500mm

FIRST SENSOR（TE收购）推出AD500-9-8015, 是一个雪崩光电二极管放大器，包含一个0.196 mm2有效面积的APD芯片，集成了一个内置前置跨阻放大器。密封包装在一个TO-52与一个平面硼硅酸盐玻璃窗口帽。

新产品发布时间 : 2020-03-23

General Purpose Relays Power Relays

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