继电器驱动保护电路(上)
继电器工作原理详解附3种驱动电路图
继电器工作原理详解（附3种驱动电路图）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。
继电器（relay）的工作原理和特性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”。
电路原理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。
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。
晶体管驱动驱动电路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：•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。
三极管驱动继电器
继电器线圈需要约50mA电流才能使继电器吸合，一般的集成电路不能提供这样大的电流，因此必须进行扩流，即驱动。
图1.21所示为用NPN型三极管驱动继电器的电路图，图中阴影部分为继电器电路，继电器线圈作为集电极负载而接到集电极和正电源之间。
当输入为0V时，三极管截止，继电器线圈无电流流过，则继电器释放（OFF）；相反，当输入为+VCC时，三极管饱和，继电器线圈有相当的电流流过，则继电器吸合（ON）。
图1.21 用NPN三极管驱动继电器电路图
续流二极管的作用：将三极管由饱和变为截止时继电器线圈两端产生的反向电动势通过图中箭头所指方向放电，使三极管集电极对地的电压最高不超过+VCC +0.7V，保护三极管。
图1.21中当输入为+VCC时的三极管可靠地饱和，即有βIb>Ies，假设Vcc = 5V，Ies=50mA,β=100,则有Ib>0.5mA，而Ib=(Vcc-Vbe)/R1-Vbe/R2，若R2=4.7K，则R1<6.63K，为兼顾三极管的饱和深度和β的离散性，一般取R1=3.6K左右即可。
若取R1=3.6K，控制端为+VCC时，应能提供1.2mA的驱动电流（流过R1），而许多IC（如标准8051单片机）输出的高电平达不到这个要求，但它的低电平驱动能力较强（如标准8051单片机I/O口输出低电平能提供20mA的驱动电流（漏电流），则应该用如图1.22所示的电路来驱动继电器。
图1.22 用PNP三极管驱动继电器电路图图1.22 改用PNP型三极管，电流方向、电压极性和继电器逻辑都应有所变化。
当输入为0V时，三极管饱和，继电器吸合；当输入为+VCC时，三极管截止，继电器释放。
uln2003工作原理
uln2003工作原理
ULN2003是一种常用的继电器驱动器件，它由7个高电平电流驱动通道组成。
每个通道包含一个开关二极管和一个开关晶体管，用来驱动继电器或其他高电平负载。
ULN2003的工作原理如下：
1. 控制信号：通过连接到ULN2003的输入端口，来控制每个输出通道的开关状态。
当输入信号为高电平（通常为5V），相应的输出通道就会打开，允许电流流过。
2. 驱动方式：当输入信号为高电平时，ULN2003的内部晶体管会导通，允许电流从所驱动的负载中流过。
输出端口上的电压将近似于电源电压（通常为12V-24V），以便足够驱动负载。
3. 集成二极管：每个输出通道内置了一个二极管，用于避免反向电压的产生。
当由于负载的感应性质而发生电压反向时，二极管会导通，从而保护驱动器和其他组件。
4. 高电平电流：ULN2003的输出通道可以提供较高的电流输出，通常在500mA-600mA范围内。
这使得它能够驱动多种继电器、电磁阀、步进电机等高负载设备。
总结来说，ULN2003是一种通过控制输入信号来驱动高电平负载的集成电路。
当输入信号为高电平时，输出通道会导通，允许电流通过，从而驱动负载工作。
同时，内置的二极管还能保护电路免受反向电压的损坏。
继电器驱动电路 (2)
继电器驱动电路
继电器驱动电路是一种电子电路，用于通过控制信号来驱动继电器的开关操作。
一个基本的继电器驱动电路通常包含以下几个组成部分：
1. 控制信号输入部分：控制信号可以是来自于微控制器、开关、传感器等。
该信号用于触发继电器的开关动作。
2. 驱动电路：该部分负责将控制信号进行适当的电平转换和放大，以满足继电器的工作电压和电流要求。
3. 继电器：继电器是一个电磁开关，用于在控制信号作用下开关连接或切断电路。
它由线圈和触点组成。
4. 继电器电源：继电器通常需要一定的电源电压才能正常工作。
电源可以是直流电源或交流电源，具体取决于继电器的类型和规格。
基本的继电器驱动电路可以使用普通的NPN晶体管作为驱动元件。
当控制信号为高电平时，晶体管导通，线圈电流通过晶体管和继电器的线圈。
这导致继电器的触点闭合。
当控制信号为低电平时，晶体管不导通，线圈电流截断，继电器的触点打开。
，还可以使用继电器驱动芯片或专用
的继电器驱动模块来简化电路设计并提高可靠性。
这些驱动模块通常具有保护电路，可防止对继电器和控制信号的损坏。
需要注意的是，在设计继电器驱动电路时，应确保继电器的额定电压和电流符合所需应用的要求，并使用适当的保护电路来保护继电器和其他电路免受过电流、过电压等问题的影响。
继电器驱动电路中的二极管保护电路
1、继电器线圈没有安装续流二极管。
2、继电器触点没有安装RC消火花电路。
3、三极管的基极对地要有一个下拉电阻，防止误动。
4、三极管与单片机连接之间应采用光耦进行隔离，继电器供电的12V与单片机5V要不共地。
继电器内部具有线圈的结构，所以它在断电时会产生电压很大的反向电动势，会击穿继电器的驱动三极管，为此要在继电器驱动电路中设置二极管保护电路，以保护继电器驱动管。
图11-61所示是继电器驱动电路中的二极管保护电路，电路中的K l是继电器，VD1是驱动管VT1的保护二极管，Rl和Cl构成继电器内部开关触点的消火花电路。
1．电路分析继电器内部有一组线圈，图11-62所示是等效电路。
在继电器断电前，流过继电器线圈Ll的电流方向为从上而下，在断电后线圈产生反向电动势阻碍这一电流变化，即产生一个从上而下流过的电流，如图中虚线所示。
根据前面介绍的线圈两端反向电动势判别方法可知，反向电动势在线圈Ll上的极性为下正上负。
(1)正常通电情况下电路分析。
直流电压+V加到VD1负极，VD1处于截止状态，VD1内阻相当大，所以二极管在电路中不起任何作用，也不影响其他电路工作。
(2)电路断电瞬间电路分析。
继电器Kl两端产生下正上负、幅度很大的反向电动势，这一反向电动势正极加在二极管正极上，负极加在二极管负极上，使二橛管处于正向导通状态，反向电动势产生的电流通过内阻很小的二极管VD1构成回路。
二极管导通后的管压降很小，这样继电器Kl两端的反向电动势幅度被大大减小，达到保护驱动管VT1的目的。
2．故障检测方法对于这一电路中的保护二极管不能采用测量二极管两端直流电压降的方法来判断检测故障，也不能采用在路测量二极管正向和反向电阻的方法，因为这一二极管两端并联着继电器线圈，这一线圈的直流电阻很小，所以无法通过测量电压降的方法来判断二极管质量。
应该采用代替检查的方法。
3．二极管过压保护电路图11-63所示是视放输出管保护电路。
电路中，VD1和VD2是保护二极管。
继电器及电机的驱动技术
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图2.23 带驱动的2路IGBT模块MIG400J101H的测试电路
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图2.24 7路IGBT功率模块PM100RSE060
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的应用电路（三相交流电机变频控制）
U
V
W
P
N
V1
V3
V5
V2
V6
V4
3.IGBT专用驱动器
3、IGBT模块使用注意事项
IGBT模块的选定 模块额定电压按工作电压的3倍左右选择 电流按最大静态电流选择，适当留有余量 防止静电 VGE的耐压值 ±20V
5）电网频率
3.4直流电机的PWM驱动
PWM波
3.4直流电机的PWM驱动
常用方法
光电隔离器+大功率场效应管（功率晶体管/IGBT） 固态继电器 专用接口芯片——价格比较贵 专用接口板——用于STD或PC总线控制机系统
1）用功率晶体管驱动直流电机
注意结构，驱动电流较小时，Q2也可用单极管； 用于电感负载时，可不加续流二极管 用达林顿晶体管功率模块驱动 直接驱动
（2）用光耦直接驱动
1）二极管的作用 2）限流电阻R1的计算
VDD
7406
VCC
（3）用光耦+2003驱动
VCC
VDD
VXX
2003
7406
2003内部含有续流二极管
大型继电器或电磁阀的驱动
贰
壹
叁
（1）三级管扩流后驱动
VC
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1
VCC
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2
7406
添加标题
3
+5V
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模拟正弦三相PWM脉冲发生器
固态继电器工作原理
固态继电器工作原理固态继电器的主要组成部分包括输入驱动电路、输出功率电路和保护电路。
输入驱动电路将外部控制信号传输给半导体开关元件，通过放大、滤波和隔离等过程，将输入信号转换为半导体开关元件能够控制的电压或电流信号。
输出功率电路将控制信号转换为独立控制的输出功率信号，并通过相应的负载来实现控制功能。
保护电路用于对固态继电器进行过电流、过压、过温等故障保护。
固态继电器的核心组件是半导体开关元件，通常采用双向可控硅（Triac）和场效应管（MOSFET）等。
双向可控硅具有双向导通能力，可实现交流信号的控制；场效应管具有低导通电阻和快速开关速度等优点，适用于直流和交流信号的控制。
固态继电器的工作原理可分为两种模式：零电压控制模式和零电流控制模式。
零电压控制模式：当输入控制信号为零时，固态继电器处于断开状态；当输入控制信号存在时，通过输入驱动电路放大后控制半导体开关元件导通，输出功率电路将负载与电源连接，实现闭合状态。
零电流控制模式：当输入控制信号为零时，固态继电器处于导通状态；当输入控制信号存在时，通过输入驱动电路放大后，在反相接的半导体开关元件上引入电流，使其导通，输出功率电路将负载与电源连接，实现闭合状态。
固态继电器的工作原理还涉及到如何隔离输入信号和输出信号的部分。
由于输入控制信号通常来自低电平和低功率信号源，所以需要通过光电耦合器、磁耦合器等隔离元件来实现输入信号的隔离。
输出信号通过固态开关元件的导通与断开来实现，不需要额外的隔离元件。
在实际应用中，固态继电器广泛应用于各种领域，如自动化控制、工业设备、家用电器等。
固态继电器具有响应速度快、抗振动抗干扰能力强、寿命长、体积小、通断容量大等优点。
但也要注意固态继电器的散热和保护问题，避免过电流、过压和过温等故障。
总之，固态继电器通过半导体开关元件实现控制电路的开关功能，具有体积小、速度快、寿命长等优点。
其工作原理主要通过输入驱动电路将外部控制信号转换为半导体开关元件能够控制的电压或电流信号，再由输出功率电路将控制信号转换为独立控制的输出功率信号，实现对负载的控制。
继电器驱动电路
继电器驱动电路概述继电器是一种将小电流控制大电流的装置，其起到开关电路的作用。
在许多电子设备和系统中，继电器被广泛应用于信号转换、电气隔离、电路保护等方面。
为了适应继电器的工作要求，需要设计合适的继电器驱动电路来驱动继电器的工作。
本文将介绍继电器驱动电路的设计原则和常见的两种驱动电路，以帮助读者更好地理解和应用继电器驱动电路。
设计原则在设计继电器驱动电路时，需要考虑以下几个方面：1.继电器的工作电压和电流：继电器的工作电压和电流是设计电路的重要参数，需要根据继电器的规格选择合适的供电方式和外部元器件。
2.继电器的驱动方式：常见的继电器驱动方式有电压驱动和电流驱动两种。
在设计电路时，需根据实际需求选择合适的驱动方式，并在电路中添加相应的驱动电路。
3.保护电路的设计：由于继电器本身是一种电磁设备，其工作时会产生反向电动势和电流冲击。
因此，在继电器驱动电路中应加入合适的保护电路，以保证电路的稳定性和可靠性。
电压驱动电路电压驱动电路是一种常见的继电器驱动方式，其原理是通过电压信号来驱动继电器的工作。
电压驱动电路通常包括信号发生器、放大器和继电器。
[信号发生器] ---> [放大器] ---> [继电器]在电压驱动电路中，信号发生器产生电压信号，经过放大器放大后，供给继电器。
继电器接收到电压信号后，使其内部的电磁线圈产生磁场，从而吸合开关，实现电路的闭合或断开。
电流驱动电路电流驱动电路是另一种常见的继电器驱动方式，其原理是通过电流信号来驱动继电器的工作。
电流驱动电路通常包括电流源、继电器和限流电阻。
[电流源] ---> [继电器] ---> [限流电阻] ---> [地线]在电流驱动电路中，电流源提供稳定的电流信号，供给继电器。
继电器接收到电流信号后，使其内部的电磁线圈产生磁场，从而吸合开关，实现电路的闭合或断开。
限流电阻用于限制电流的大小，以保证继电器的正常工作。
保护电路设计为了保证继电器驱动电路的稳定性和可靠性，需要在电路中添加合适的保护电路。
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BMS里面的控制器，其中一个主要功能就是驱动外部的高压继电器；下图（来源于松下官网）中标识出了汽车内部功率回路中的继电器位置，这些继电器都需要控制信号来驱动。
其实关于继电器与接触器的区别有点模糊，总的来讲，似乎应用在大功率场合的叫接触器，小功率场合的叫继电器，而生活中怎么叫的都有，关于二者详细的区别这里不展开讨论，下图是从TE官网上面找到一段解释；本文为了统一语言，都叫做继电器。
BMS里面涉及到的继电器，是应用于高压、大电流的场景；它属于直流电磁继电器，输入电路中的控制电流为直流；一般由铁芯、线圈、金属触点、弹簧等组成，可参照下图（来源于松下官网）。
继电器这一块里面有好多事，后面一定要好好总结一下。
电磁继电器的工作原理如下图（画了半天，凑合着看吧）：当线圈中没有电流时，连接片与触点之间是不接触的，此时继电器的两个触点为断开状态；当线圈中流过驱动电流后，线圈与铁芯就等效成为了电磁铁，然后它对铁片有吸引力作用，由于铁片是固定不动的，而铁芯可以上下移动，所以当吸引力大于弹簧的拉力后，铁芯向上移动，进而连接片与触点接触，继电器呈导通状态。
驱动保护电路包括对线圈、触点的保护，本文主要讨论对线圈的驱动保护电路。
驱动电路有很多种驱动方式（如下图），而BMS里面的继电器线圈常用的驱动方式是高边驱动（HSD，图a），低边驱动（LSD，图b），还有就是二者同时使用（图e）。
可以简单理解为，高边驱动是把开关放在电源处，而低边驱动是把开关放到GND处。
目前高边驱动与低边驱动电路里面，越来越多地选取集成的MOSFET驱动器做开关；它们的优点是控制简单，电路实现简洁，并提供丰富的诊断接口；举一个例子（如下图），例如ST公司的高边驱动芯片，里面集成了丰富的保护与诊断功能，可供用户使用。
下面来看一下用高、低边电路驱动线圈时的情况，下面是一个高边驱动电路，R为线圈的等效电阻，L为线圈等效电感；当PMOS导通后，线圈中的电流以指数规律增长，直至电流达到Vbat/R。
而当PMOS从导通状态断开，在断开瞬间，因为电感的电流不能突变，根据电磁感应定律，线圈上会产生一个反向的感应电动势，以抵抗电流的减小，它会叠加在PMOS管的DS两端，如果超出其最大可承受电压，就会损坏PMOS管。
所以我们需要在输出端增加钳位电路（如下图中的TVS管），保护MOS管。
同理，低边驱动电路情况与此类似。
总结：
这一章先简单理顺整个继电器驱动电路的逻辑关系，介绍一下主要概念等，下一篇详细总结一下保护电路机理与计算方法；沉下心来学习，收获很大。