此應(yīng)用說明用于應(yīng)對不正確的繼電器線圈抑制導(dǎo)致的多個應(yīng)用問題。典型癥狀是通過高浪涌電流開關(guān)電感負載或燈負載時常開觸點的隨機"點"焊。
通過機械開關(guān)或半導(dǎo)體將機電繼電器迅速斷電時，塌縮的磁場會產(chǎn)生大量的電壓瞬變，以分散存儲的能量并阻止電流突變。例如，12 VDC 繼電器在關(guān)閉期間可能會產(chǎn)生 1,000 到 1,500 伏特的電壓。隨著現(xiàn)代電子系統(tǒng)的出現(xiàn)，這種相對較大的電壓瞬變給設(shè)計工程師帶來了 EMI、半導(dǎo)體擊穿和開關(guān)磨損問題。因此，通常的做法是用其他元件來抑制繼電器線圈，這些元件會將峰值電壓限制在一個很小的水平。
繼電器使用的瞬變抑制類型
圖中顯示了抑制繼電器線圈瞬變電壓的基本技術(shù)
此處觀察到，抑制器件可能與繼電器線圈并聯(lián)，也可能與用于控制繼電器的開關(guān)并聯(lián)。通常，妥善做法是將抑制器件與線圈并聯(lián)，因為它可以放在離繼電器較近的位置（除非在印刷電路板應(yīng)用中，此時可以采用任一方式）。當抑制器件與繼電器線圈并聯(lián)時，可以使用以下任一項。
A. 雙向瞬變抑制二極管，其 V-I 特性類似于兩個陰極連接到陰極（或陽極連接到陽極）的齊納二極管。
B. 與齊納二極管串聯(lián)的反向偏置整流二極管，其陽極（或陰極）是通用的，整流器可阻止正常電流通過。
C. 金屬氧化物變阻器 (MOV)。
D. 與電阻器串聯(lián)的反向偏置整流二極管。
E. 當條件允許時，使用電阻器通常是非常經(jīng)濟實惠的抑制方式。
F. 反向偏置整流二極管。
G. 電阻器-電容器“減震器”。通常是非常不經(jīng)濟實惠的解決方案，不再視為實用的解決方案。
H. 雙線繞組線圈，第二個繞組用作抑制器件。這不是很實用，因為大大增加了繼電器的成本和尺寸。
與開關(guān)元件并聯(lián)使用的抑制器件可能是齊納二極管或電阻器-電容器“減震器”。與“線圈并聯(lián)”應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的備注也適用于此電路。
圖 1：繼電器線圈抑制原理圖：抑制器與線圈并聯(lián)
線圈抑制對繼電器動力學和壽命的影響
盡管線圈抑制的使用變得越來越重要，但繼電器的設(shè)計通常沒有考慮到抑制器的動態(tài)沖擊。因此，使用完全未抑制的繼電器可獲得較長的開關(guān)壽命（對于常開觸點），額定電氣壽命的表述通?；谶@一前提。繼電器觸點需要以合理的高速移動至打開狀態(tài)，才能成功“斷開”直流負載。
在釋放期間，典型繼電器將使其電樞加速向未通電的靜止位置移動。繼電器能夠通過提供足夠的力來破壞“接通”大電流電阻負載（或具有大浪涌電流的負載）期間進行的任何輕焊，從而避免“點焊”，而觸點打開瞬間的電樞速度將在繼電器行使這種能力的過程中發(fā)揮重要作用。電樞速度受線圈抑制的影響較大。如果抑制器提供導(dǎo)電路徑，從而使繼電器磁路中存儲的能量緩慢衰減，則電樞運動將會減慢，甚至可能暫時反向運動。反轉(zhuǎn)方向和重新閉合觸點（尤其在與電感負載結(jié)合時）通常會導(dǎo)致觸點隨機、間歇性“點焊”，這樣一來，如果再次運行，哪怕是輕微震動，也可能導(dǎo)致繼電器自行釋放。
基于對電樞運動的影響以及為了優(yōu)化常開觸點，妥善的抑制方法是使用硅材質(zhì)的瞬變抑制二極管。該抑制器對繼電器釋放動力學的影響很小，因為繼電器瞬變將可達到預(yù)先確定的電壓電平，然后允許電流以低阻抗流動。這會導(dǎo)致存儲的能量被抑制器迅速損耗。瞬變抑制二極管可作為雙向元件提供，在內(nèi)部安裝時允許繼電器非極化。請注意，如果使用單向瞬變抑制器，則必須與整流二極管串聯(lián)放置，以阻止正常電流通過，這與使用齊納二極管相比幾乎沒什么優(yōu)勢。應(yīng)選擇瞬變抑制器，使其脈沖能量額定值超過任何預(yù)期的瞬變，如線圈關(guān)閉或應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的電機“噪聲”。
金屬氧化物變阻器將提供類似于瞬變抑制二極管的效果，但具有更高的“通態(tài)”阻抗，因此可以產(chǎn)生更高的電壓。例如，33 伏特瞬變抑制二極管的“鉗位”電壓可能在 30 至 36 伏特之間。相比之下，33 伏特 MOV 可能會將繼電器保持在 45 至 55 伏特（基于具有 130 mA 線圈電流的典型汽車繼電器）。當附加電壓沒問題時，MOV 可以比瞬變抑制器二極管節(jié)省更多成本，并且還提供非極化繼電器。
當繼電器可以極化時，與齊納二極管串聯(lián)使用反向偏置整流二極管將是不錯的解決方案。Siemens Electromechanical Components (SEC) 通常建議在汽車電路中使用這種抑制方法。這對釋放動力學的影響很小，不會導(dǎo)致可靠性下降。這通常是一種低成本方法，唯一的設(shè)計預(yù)防措施是選擇具有適當擊穿電壓，且脈沖功率規(guī)格足以滿足繼電器應(yīng)用要求的齊納二極管。在以晶體管作為繼電器驅(qū)動器的印刷電路板應(yīng)用中，齊納二極管可以“跨”晶體管放置；也就是說，對于一般的發(fā)射極電路，陰極連接到集電極，而陽極連接到發(fā)射極（此類電路中不使用串聯(lián)整流二極管）。
當不需要最大負載開關(guān)容量時，可以順利地將與電阻器串聯(lián)的反向偏置整流器與某些繼電器一起使用。必須小心使用值足夠大的電阻器，以快速損耗繼電器的存儲能量，但同時保持所需的峰值電壓瞬變。所需的電阻值可根據(jù)以下方程近似得出：
R = Vpeak/Icoil
其中：
R = 電阻值（歐姆）
Vpeak = 允許的峰值瞬變電壓
Icoil = 穩(wěn)態(tài)繼電器線圈電流
由于電阻器中的能量損失，觀察到的實際電壓峰值將低于此公式計算的值。使用此類抑制時，建議咨詢繼電器制造商以獲取推薦值。
當可以容忍額外功率損耗和電阻器產(chǎn)生的熱量時，電阻器本身也可用作瞬變抑制器。大多數(shù)情況下，這將提供成本較低的抑制方法（假設(shè)可以適當調(diào)整電阻值大小，以盡量減少其對繼電器性能的影響）。當應(yīng)用要求允許時，SEC 通常會推薦這種方法。
許多工程師僅使用整流二極管為繼電器線圈提供瞬變抑制。雖然這具有成本效益并且完全消除了瞬變電壓，但會對繼電器性能產(chǎn)生毀滅性的影響。這些系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)無法解釋的隨機“點焊”問題。在某些應(yīng)用中，這個問題只是小麻煩或造成輕微的不便，控制員或操作員將循環(huán)繼電器，直到獲得正確的響應(yīng)為止。但在許多應(yīng)用中，第一次發(fā)生可能就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，甚至出現(xiàn)危險情況。必須采用另一種繼電器抑制方法對這些系統(tǒng)進行設(shè)計，這一點很重要。
為了說明各種線圈抑制對繼電器響應(yīng)時間的影響，請考慮以下使用汽車 ISO 型繼電器記錄的數(shù)據(jù)，該繼電器有一個 55 歐姆的線圈且向該線圈施加了 13.5 VDC。
圖 2：各種線圈抑制對繼電器響應(yīng)時間的影響
建議的繼電器線圈抑制方法
從物理學的角度來看，推薦的繼電器線圈瞬變抑制技術(shù)是使用反向偏置整流二極管和串聯(lián)齊納二極管，然后與繼電器線圈并聯(lián)。這樣一來，繼電器便具有出色的釋放動力學和較長的常開觸點壽命。這種抑制可以很容易地整合到印刷電路板繼電器的電路中；但是，當為插座安裝式繼電器指定抑制時，該方法可能不如使用電阻器實用。
當允許的瞬變電壓足夠大且功率損耗可忍受時，可以使用電阻器來抑制繼電器。從故障模式和影響分析 (FMEA) 的角度來看，電阻器相比上述建議的兩個二極管的故障附加風險更低（前提是其值足夠高，以避免對繼電器的釋放動力學產(chǎn)生不利影響）。必須注意，一種類型繼電器的合適電阻值不一定適合另一種類型的繼電器。
我們已經(jīng)根據(jù)常開觸點性能提供了建議的抑制技術(shù)，現(xiàn)在必須添加有關(guān)常閉觸點的限定備注。當主負載位于常閉觸點上（且常開觸點上的負載較小或無負載）時，可能需要僅使用整流二極管作為繼電器抑制（或者使用整流二極管和較低值的串聯(lián)電阻器）。對常開觸點性能產(chǎn)生不利影響的遲鈍電樞運動通常會改善常閉觸點性能。這種改善得益于常閉觸點閉合期間觸點彈跳減少。這是由于遲鈍電樞運動產(chǎn)生的較低沖擊速度造成的，過去曾用于改善某些繼電器上的常閉觸點性能。
