繼電器簡介

繼電器在無數消費性、商業和工業應用與系統中，扮演著關鍵角色。這類產品運用在日常系統中且默默地運作。例如，在調整家用爐具、按壓電視遙控器或操作電梯時，都會用到繼電器。繼電器的構思源自 1835 年，為了建立遠距電報連線而誕生，後來經過改裝用於電話交換機，本身雖不顯眼，但卻一直持續可靠且高效率地運作。

從實用角度來看，繼電器可當作電氣開關使用。無論是在臨近位置或一定距離內，都可用低功率訊號來控制高功率電路。其固有的設計有助於在低功率訊號和高功率電路之間，達到有效的隔離，此種效果通常稱為電流隔離。這種隔離可確保使用者的電氣系統可以安全可靠地運作。繼電器具備多功能性，可用於調節單一電路或多個電路，並且可當作放大器或斷路器使用。

更具備遠端控制裝置電源的能力，可當作增強的安全措施，尤其適合用在可能對操作人員造成身體危害的工業製程。這些多功能裝置提供多種封裝形式，具有各種電流容量、安裝選項和實體覆蓋區選擇，因此跟日常用且無處不在的交換機一樣，都相當普遍。

繼電器的運作方式

為了進一步瞭解這個主題，繼電器可分為兩種基本類型：機電 (EMR) 和固態 (SSR) 類型。關鍵差異在於是否具有活動元件。

在這兩種類型中，歷史最悠久的是機電型，由觸點、電樞、彈簧和電磁鐵組成。在最基本的操作中，彈簧會維持電樞的位置。施加電流時，電磁鐵會對電樞施加吸引的力量，讓電樞移動並關閉一組觸點，促使電流流過電路。

圖 1：機電繼電器的基本內部結構。(圖片來源：Same Sky)

相反的，在 1950 年代後期出現的固態繼電器，其基本用途與機電繼電器相同，但採用全電子設計，沒有活動零件。其組成包括用於調節電流的輸入電路、控制電路以及輸出電路。當施加的電壓超過指定的拾取電壓時，控制電路會觸發繼電器。一旦電壓降至壓降電壓以下，繼電器就會停用。

機電型與固態繼電器的比較 (續)

與任何電子元件技術一樣，機電型和固態繼電器都各有明顯的優缺點，皆須納入考量。

由於設計已有兩個世紀之久，因此機電繼電器是可靠的裝置，操作簡單，在多種應用中都有可靠的表現，包括涉及高電流和危險環境的應用。不僅提供完整的電氣隔離，還可承受高電流和電壓突波，並且不受電磁干擾和無線射頻干擾 (EMI/RFI) 等電氣雜訊的影響。

然而，由於機電繼電器具有活動零件，因此物理性能會隨著時間而下降，並且觸點可能會因腐蝕和氧化而劣化，而且可能容易接觸到電弧，進而導致點蝕和短路。基於機械本質，容易受到衝擊和振動造成的觸點跳動影響，並且本身也會產生 EMI/RFI 雜訊。此外，外部磁場也有可能會影響操作。

相較之下，固態繼電器的設計不含活動零件，因此可提供更長久的使用壽命和運作，控制功率也明顯降低。不僅可提供更快的開／關循環，也沒有電弧和觸點跳動，更不受外部機械衝擊、振動或磁場的影響。固態繼電器的操作電壓範圍比機電繼電器還低，因此適合電子裝置使用，但不適合高功率應用。

但固態繼電器在獨特的設計下，可能容易受到電壓或電流暫態和 EMI/RFI 雜訊的影響。比起機電款式，往往也產生更多廢熱，並且可能對環境溫度更為敏感。值得注意的是，若使用標準的半導體開關，要在控制訊號和負載之間達到完整的電氣隔離，在本質上是不可能達成的，但可透過光電耦合裝置中的光電元件達成 (光電元件會隔離輸入和輸出訊號)。

圖 2：固態繼電器的基本內部線路。(圖片來源：Same Sky)

常見的繼電器類型

繼電器有多種類型，每種都是為了因應特定應用的要求而量身打造。值得注意的是，各製造商針對旗下產品所採用的名稱可能稍有不同，以下概略統整主要的繼電器類型：

• 一般用途：這些是常見的機電繼電器，可在 12 至 230 V 的 AC 或 DC 電流範圍內運作，並且可控制 2 至 30 A 的電流。
• 訊號：訊號繼電器可用來控制低功率負載，通常低於 2 A。如需更多資訊，請參閱 Same Sky 的文章《訊號繼電器 – 瞭解基礎知識》。
• 功率：功率繼電器專為管理高功率負載而設計，可將產生的熱量減至最低，並減少電弧放電。如需進一步瞭解，請參閱 Same Sky 的文章《功率繼電器簡介》。
• 機器控制：專用於大型工業應用中的高負載型和耐用型繼電器。
• 閂鎖：閂鎖型繼電器在接收到反向電壓訊號前，都會保持其設定或重置狀態 (打開或關閉)。
• 磁簧：磁簧繼電器體積小巧，操作迅速。會使用電磁鐵來控制一個或多個氣密式磁簧開關，因此不受外部污染物或濕氣的影響。
• 零切換：施加控制電壓且負載電壓趨近零時，這些繼電器會啟動負載。當控制電壓消除後，就會停用負載。

圖 3：繼電器的零切換基本原理。(圖片來源：Same Sky)

• 峰值切換當施加控制電壓且負載電壓趨近零時，峰值切換繼電器會啟動負載。當控制電壓消除且負載電壓趨近零時，就會停用負載。
• 瞬間啟動：施加拾取電壓時，瞬間啟動繼電器會立即啟動負載。
• 時間延遲：時間延遲繼電器內建計時器，可根據時間控制事件。
• 類比切換：類比切換繼電器會透過輸入電壓的作用來管理輸出電壓，因此可在繼電器的額定範圍內提供無限的輸出電壓。
• 光學耦合：這類固態繼電器可透過切換來回應內部光源，在控制電路和電源電路之間提供隔離功能。
• 軍用／高可靠型：這些繼電器經過專門設計，可在高要求與嚴苛的環境中運作。

繼電器可進一步分類成常開型 (NO) (即觸點開路且電路未通電的類型)；或常關型 (NC) (即電路未通電時，觸點會關閉)。總之，繼電器通常會在未施加電力時，分成常開型或常關型。

額定值和配置

繼電器的額定值取決於其安全切換裝置電源的能力。這些額定值可分為交流或直流兩類，通常以安培表示。繼電器的額定值必須等於或大於其要控制的裝置。

繼電器具有同時控制多個電路的能力，且會指明其特定特性。如果熟悉軸數和切數，這些指明代號包括 SPST、DPDT、3PDT 和 SP3T。

除了軸數和切數，繼電器還會以Form 一詞來描述重要特性。例如「1 Form A」或「2 Form C」的用法，來突顯兩個關鍵資訊。Form 可指出開關是常開型還是常關型，若是 SPDT 開關，則是「先斷後通」或「先通後斷」。Form 前面的數字 (1 或 2) 表示繼電器中有多少這種樣式的觸點可用。一些常見的樣式包括：

• Form A - 常開
• Form B - 常關
• Form C - 先斷後通 SPDT 開關
• Form D - 先通後斷 SPDT 開關

結論

由於繼電器的設計簡單且操作可靠，因此在各種產業和市場的裝置和系統中都有採用。繼電器原本是當作電報系統的基本元件，甚至促成了電腦的早期開發；至今，繼電器仍持續擔任此基本角色，確保從遠端位置安全有效地控制受電裝置。

為了滿足工程師對低階或高階電流切換的要求，Same Sky 提供完整系列的功率繼電器與訊號繼電器，其中包含各種額定值和配置。