继电器是一种控制器件， 通常应用于自动控制电路中。它由控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)两部分构成。它实际上是用较小的电流、电压的电信号或热、声音、光照等非信号去控制较大电流的一种 “自动开关”。由于继电器具有成本低、结构简单等优点，所以旷泛应用在工业控制、交通运输、家用电器等领域。

1.继电器的分类
         继电器按工作原理可分为电磁继电器、固态继电器、时间继电器(SSR)、 温度继电器、压力继电器、风速继电器、加速度继电器、光继电器、声继电器等多种。其中，电磁继电器和固态继电器两种继电器应用范围最广。继电器按功率大小可分为大功率继电器、中功率继电器和小功率继电器等多种。继电器按封装形式可分为密封型继电器和裸露式继电器两种。
2.电磁继电器
        电磁继电器的线圈通过产生电磁场控制触点接通或断开。电磁继电器一般由线圈、 铁芯、衔铁、触点簧片、外壳、引脚等构成。常见的电磁继电器的实物如图1所示。


        提示：在固态继电器未应用时，人们习惯将电磁继电器称为继电器，所以目前资料上所介绍的继电器多指电磁继电器。
        (1)分类
        ①按供电方式分类。电磁继电器根据线圈的供电方式可以分为直流电磁继电器和交流电磁继电器两种，交流电磁继电器的外壳上标有“AC"字符，直流电磁继电器的外壳上标有“DC”字符。
        ②按触点的工作状态分类。电磁继电器根据触点的状态可分为常开型电磁继电器、常闭型电磁继电器和转换型电磁继电器三种。三种电磁继电器的电路符号如图2所示。


        常开型电磁继电器也叫动合型电磁继电器，通常用“合”字的拼音字头“H”表示。此类继电器的线圈没有导通电流时，触点处于断开状态，当线圈通电后触点就闭合。

        常闭型电磁继电器也叫动断型继电器，通常用“断”字的拼音字头“D”表示。此类继电器的线圈没有电流时，触点处于接通状态，通电后触点就断开。
        转换型电磁继电器用“转”字的拼音字头“Z”表示，转换型有三个一字排开的触点，中间的触点是动触点，两侧的是静触点。此类继电器的线圈没有导通电流时，动触点与其中的一个触点接通，而与另一个断开;当线圈通电后触点移动，与原闭合的触点断开，与原断开的触点接通。
         ③按控制路数分类。电磁继电器按控制路数可分为单路继电器和双路继电器两大类。双路继电器设置了两组可以同时通断的触点，如图3所示。


       (2)工作原理
        参见图4，为电磁继电器的线圈加上额定电压后，线圈中的电流使线圈产生磁场，通过铁芯将衔铁吸下，衔铁上的杠杆推动弹簧使动触点与静触点闭合。当线圈断电后，线圈产生的磁场消失，衔铁在簧片作用下复位，使动触点与静触点断开。


3.固态继电器
        固态继电器(Solid State Relays，简称为SSR)是一种由分立元器件、膜固定电阻和芯片构成的无触点电子开关，内部无任何可动的机械部件。常见的固态继电器实物如图5所示。


        (1)特点
        一是输入控制电压低(3~14V)， 驱动电流小(3~15mA)， 输入控制电压与TTL、DTL、HTL电平兼容，直流或脉冲电压均能作输入控制电压;二是输出与输入之间采用光电隔离，可在以弱控强的同时，做到强电与弱电完全隔离，两部分之间的安全绝缘电压大于2kV，符合国际电气标准;三是输出无触点、无噪声、无火花、开关速度快;四是输出部分内部-般含有RC过电压吸收电路，以防止瞬间过电压而损坏固态继电器;五是过零触发型固态继电器对外界的干扰非常小;六是采用环氧树脂全灌封装，具有防尘、耐湿、寿命长等优点。因此，固态继电器已广泛应用在各个领域，不仅可以用于加热管、红外灯管、照明灯、电动机、电磁阀等负载的供电控制，而且还应用到电磁继电器无法应用的单片机控制等领域，最终将逐步替代电磁继电器。

        (2)分类

         固态继电器按输出方式可分为直流型固态继电器(DCSSR)、交流型固态继电器(ACSSR)两种，按开关形式可分为常开型和常闭型两种，按输入方式分有电阻限流直流、恒流直流和交流等类型，按输出额定电压分有交流电压(220~380V) 及直流电压(30~ 180V)两种，按隔离方式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型等多种。其中，以光电隔离型应用最多。典型的固态继电器电路符号如图6所示。

        提示：目前，直流型固态继电器的输出器件主要使用大功率三极管、大功率场效应管、IGBT等;交流型固态继电器的控制器件主要使用单向晶闸管、双向晶闸管。交流型固态继电器按触发方式又分为过零触发型和随机导通型两种。其中，过零触发型.固态继电器是当控制信号输入后，在交流电源经过零电压附近时导通，故干扰很小。随机导通型固态继电器则是在交流电源的任一相位上导通或关断，因此在导通瞬间可能产生较大的干扰，并且它内部的晶闸管容易因功耗大而损坏。交流型固态继电器按采用的输出器件不同，分为双向晶闸管普通型和单向晶闸管反并联增强型两种。由于单向晶闸管比双向晶闸管具有阻断电压高和散热性能好等优点，所以单向晶闸管及并联增强型多被用来制造高电压、大电流产品和用于感性、容性负载中。

        为了保证固态继电器的正常工作，应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在10A以上的固态继电器应采用铝质或铜质的散热器进行散热，100A 以上的固态继电器应采用风扇强制散热。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触，并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。

        注意：固态继电器有强的温度敏感性，当工作温度接近标称值后，必须通过加散热器、风扇等措施进行散热，否则固态继电器不能正常工作，甚至可能会损坏。
        (3)构成
        固态继电器主要由输入(控制)电路、驱动电路、输出(负载控制)电路、外壳和引脚构成。
         ①输入电路。输入电路的功能是为固态继电器的触发信号提供输入回路。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性正向变化:恒流输入电路在输入电压达到预置值后，输入控制电流不再随电压的升高而明显增大，输入电压范围较宽。
          ②驱动电路。驱动电路包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路目前多采用光电耦合和高频变压器耦合两种电路形式。常用的光电耦合器有发光二极管光敏三极管、发光二极管晶闸管、发光二极管光敏二极管阵列等。高频变压器耦合方式是将一次绕组输入的10MHz的脉冲信号通过磁芯传递到二次绕组，实现变压器耦合。功能电路包括检波整流、零点检测、放大、加速、保护电路等。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。
         ③输出电路。输出电路是在触发信号的驱动下，实现对负载供电的通断控制。输出电路主要由输出器件和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有的还包括反馈电路。目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有三极管、单向晶闸管、双向晶闸管、MOSFET、IGBT 等。
         (4)过零型交流固态继电器的工作原理


          典型的过零型交流固态继电器的内部结构如图7所示。①、②脚是输入端，③、④脚是输出端。R9为限流电阻; VD1 是为防止反向供电损坏光电耦合器IC而设置的保护管; IC 将输入与输出电路进行隔离; VT1 构成倒相放大器; R4、 R5、VT2和单向晶闸管VS1组成过零检测电路;VD2~VD5构成整流桥，为VT1、VT2、VS1和IC等电路供电;由VS1和VD2、VD3为双向晶闸管VS2提供开启的双向触发脉冲; R3、R7为分流电阻，分别用来保护VS1和VS2; R8和C组成浪涌吸收网络，以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止给VS2带来冲击或干扰。
        当固态继电器接入电路后，220V市电电压通过负载RL构成的回路加到固态继电器的③、④脚上，经R6、R7限流，再经VD2~VD5桥式整流产生脉动电压U，U除了为IC、VT1、VT2、VS1 供电，还通过电阻取样后为VT1、VT2 提供偏置电压。当固态继电器的①、②脚无电压信号输入时，光电耦合器IC内的发光二极管不发光，使它内部的光敏三极管因无光照而截止，Ui通过R1限流使VT1导通，致使晶闸管VS1因无触发电压而截止，进而使双向晶闸管VS2因栅极无触发电压而截止，固态继电器处于关闭状态。当固态继电器的①、②脚有信号输入后，通过R9使IC内的发光二极管发光，它内部的光敏三极管导通，VT1因基极没有电压输入而截止，VT1 不再对VS1的栅极电位进行控制。

         此时，若市电电压较高，使U电压超过25V时，通过R4、R5取样后的电压超过0.6V，使VT2导通，VS1的栅极仍然没有触发电压输入，VS1 仍截止，从而避免市电高时导通可能因功耗大而损坏。只有当市电电压接近过零区域，使U电压在10~25V的范围后，经R4和R5分压产生的电压不足0.6V，使VT2截止，于是Ui通过R2、R3分压产生0.7V电压使VS1触发导通。VS1导通后，220V市电电压通过R6、VD2、VS1、 VD4 构成的回路触发VS2导通，为负载提供220V的交流供电，从而实现了过零触发控制。由于U{电压低于10V后，VS1 可能因触发电压而截止，导致VS2也截止，所以说过零触发实际，上是与220V市电的幅值相比可近似看作“零”而已。当①、②脚的电压信号消失后，IC内的发光二极管和光敏三极管截止，VT1导通，使VS1截止，但此时VS2仍保持导通，直到负载电流随市电减小到不能维持VS2导通后，VS2 截止，固态继电器进入关断状态。
        提示：在固态继电器 关断期间，虽然220V电压通过负载RL、R6、R7、VD2 ~ VD5构成回路，但由于RL、R6、R7的阻值较大，只有微弱的电流流过RL， 所以RL不工作。
        (5)直流固态继电器的工作原理


         典型的直流固态继电器电路原理图如图8所示。①、②脚是输入端，③、④脚是输出端。R1为限流电阻，VD1是为防止反向供电损坏光电耦合器IC而设置的保护管， IC将输入与输出电路进行隔离，VT1构成射随放大器，VT2是输出放大器，R2、R3是分流电阻，VD2是为防止VT2反向击穿而设置的保护管。当直流固态继电器的①、②脚无电压信号输入时，光电耦合器IC内的发光二极管不发光，使它内部的光敏三极管因无光照而截止，致使VT1和VT2相继截止，固态继电器处于关闭状态。
         当固态继电器的①、②脚有信号输入后，该信号通过R1使IC内的发光二极管发光，它内部的光敏三极管导通，由它发射极输出的电压加到VTl的基极，经VT1射随放大后，从它的发射极输出，再使VT2饱和导通，为负载提供直流电压，负载开始工作。
         当①、②脚的电压信号消失后， IC1内的发光二极管和光敏三极管相继截止，VT1和VT2因基极无导通电压输入而截止，固态继电器才进入关断状态。
5.继电器的应用电路
         (1)电磁继电器的应用


         图9所示是一种典型的空调器室外风扇电动机供电电路。该电路的核心器件是继电器KR。
         需要室外风扇电动机运转时，CPU输出高电平控制信号，控制信号通过R限流，再经VT倒相放大后，为KR的线圈提供驱动电流，使KR内的触点吸合，220V市电电压加到室外风扇电动机的供电端子上，室外风扇电动机开始运转。反之，若CPU输出的控制信号为低电平，VT截止，KR的触点断开，室外风扇电动机因无供电而停转。
         VD是钳位二极管，当VT截止瞬间，KR的线圈通过自感产生反相电动势。该电动势通过VD钳位到12V电源，以免VT过电压损坏。
        (2)固态继电器的应用


         图10所示是一种典型的空调器室内风扇电动机供电电路。该电路的核心器件是固态继电器IC2和IC1 (CPU)、 室内风扇电动机。
         制冷/制热期间，IC1的室内风扇电动机供电控制端输出高电平控制电压，该电压通过R1限流，为固态继电器IC2内的发光二极管供电，使发光二极管开始发光，致使IC2内的双向晶闸管开始导通，接通室内风扇电动机的供电回路，启动风扇电动机运转，开始为室内机通风，确保室内热交换器能够完成热交换功能。当IC1的①脚输出的控制信号为低电平后，IC2 内的发光二极管因无导通电流而熄灭，致使它内部的双向晶闸管截止，室内风扇电动机因失去供电而停转。