继电器是否一定要加二极管？怎么加合适？
前不久，我的同事Jenny Liao编译了一篇文章《简单修改电路，使600个产品起死回生！》，并把它刊登在了《EDN电子技术设计》网站上。内容大概是说，原本没有问题的产品，在经过采用新版本的继电器后，出现了吸合抖动的情况。后来，作者通过对继电器线圈并联一个二极管，解决了这个问题。ehZednc
好好的一篇文章，却遭来了一些不和谐的评论，什么“小白设计”，“继电器不加二极管能找到工作？”，诸如此类的。于是，Jenny就满是疑惑地过来问我说，为什么会有这么多人说这是小白设计，但是英文原文却没有出现这样的评论呢？ehZednc
一开始我的反应也是继电器要反并联一个二极管，起到续流作用嘛。但在仔细查看了那些老外们的评论后，我发现情况并没有那么简单。下面EDN就带大家了解下具体情况。ehZednc
未加二极管的情况
据TE Connectivity的应用笔记“Coil Suppression Can Reduce Relay Life”（抑制线圈会缩短继电器寿命）所述，典型的拍合式继电器在断电或掉电以后，磁通量会发生下降，当磁力下降到小于弹簧力时，衔铁开始断开。随着衔铁继续断开，弹簧力会根据衔铁位置而减小，但相反的磁力也会随衔铁位置和线圈电流衰减（两者都会使线圈磁通量减小）而减小。随着继电器线圈中的电流中断，其上的磁通量崩溃，所产生的瞬态感应电压就可能高达数百甚至数千伏。如图1所示，在简单的串联开关电路中，线圈控制开关的两端就会出现感应电压和电源电压两者的叠加。ehZednc
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图1：未加二极管的典型直流继电器，其在吸合和释放时的线圈电压电流动态曲线。（图片来源：TE Connectivity）ehZednc
增加通用二极管的优缺点
在现今的逻辑控制系统中，通常会使用固态开关来对直流线圈继电器进行控制，并会使用各种抑制技术来对这个开关进行保护，从而使其免受线圈断电感应电压的影响。这些技术通常通过对线圈分流来实现，目的是减轻线圈电流突然中断而导致线圈磁通量发生崩溃。ehZednc
一种非常普遍的做法是对线圈反并联一个通用二极管，用它来阻止电源电压而与反极性线圈感应电压形成导通。这样就为流经线圈的电流提供了一条返回路径，就可以将线圈感应电压的幅度限制在二极管的正向压降，从而使线圈电流以及磁通量缓慢衰减（见图2）。ehZednc
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图2：增加二极管的典型直流继电器，其在吸合和释放时的线圈电压电流动态曲线。（图片来源：TE Connectivity）ehZednc
并联二极管可为固态开关提供最大的保护，但却可能对继电器的开关性能产生非常不利的影响。众所周知，迫使衔铁断开的合力是磁力与弹簧力之差，两者都在发生变化，从而使合力随时间和衔铁位置变化。正是这个合力促使衔铁和触点弹簧发生转换，进而引起衔铁系统的速度和动量发生改变。ehZednc
缓慢衰减的磁通量会使合力积分值较小，也即衔铁加速打开较慢，而在只对线圈并联二极管的情况中，磁通量衰减最慢。实际上，由硬NO（常开触点）弹簧提供的打开力会快速减小，而磁力则缓慢衰减，这就可能使合力在一段时间内出现反转。在此期间，衔铁速度会减慢、停止甚至暂时出现反转，直到磁通量进一步衰减，最终使弹簧“返回”力为正，从而使转换继续。ehZednc
还有一点需要注意的就是，当功率继电器的触点发生闭合时，这会把飞快上升的（例如电阻性的）中、大电流负载连接到电压源，这就会使相配触点之间出现微小的熔融界面，进而引起微焊或粘连状态，在下一次断开转换时就必须将其分开。ehZednc
通常，在动衔铁动量的帮助下，合力完全可以克服这个“粘”力而实现触点的转换。然而，衔铁速度的下降甚至逆转（在只加续流二极管的条件下），以及衔铁动量的减少，可能使粘连断开失败而出现触点“焊接”现象。ehZednc
最佳方案：增加“通用二极管+稳压管”的串联组合旁路
线圈电流衰减得越快，磁力减小得就越快，因而衔铁动量和触点粘连的“断开能力”就越大。ehZednc
显然，这在不采用抑制的情况下是最佳的。然而，将通用二极管串联一个稳压二极管，就可以获得接近最佳的衰减率。当线圈电源中断时，线圈电流会通过这个串联组合旁路续流，其上的电压将保持等于稳压管的电压（加上二极管正向压降），直到线圈能量耗尽为止，如图3所示。ehZednc
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图3：增加二极管和24V稳压管的典型直流继电器，其在吸合与释放时的线圈电压电流动态曲线。（图片来源：TE Connectivity）ehZednc
可选择合适的稳压电压值，将线圈开关电压限制在开关额定值可接受的水平。这就为线圈开关保护和继电器开关性能提供了最佳折衷方案。应采用这种方法来确保最高的继电器性能和可靠性，同时为控制电路提供对线圈感应电压的保护。ehZednc
最后，此文指出，一般业界都会在无线圈抑制情况下对继电器进行测试，然后建立额定性能。当应用条件要求对线圈感应电压进行抑制时，建议使用待用抑制条件来评估继电器的性能。ehZednc
替代方案：并联双向TVS二极管
同时，EDN也向Littelfuse的技术专家杜尧生进行了请教。他告诉EDN，为继电器线圈增加一个反并联二极管的情况不太多。其原因是它主要是为了吸收反电动势，如果是加二极管的话，反电动势马上就会形成短路状态，这时电流会很大，就容易把线圈给烧毁了。一般，Littelfuse是采用加TVS管旁路来把这个脉冲给吸收掉。TVS管是一种钳位型器件，它可以只吸收脉冲，而不会造成整个短路的情况。ehZednc
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图4：采用双向TVS保护最简单有效，这样就可以只用一个器件实现单向TVS+稳压管两个器件的功能。（Littelfuse杜尧生供图）ehZednc
同时，他补充说，这也要看情况，主要是看两点：吸合时能量的大小，以及断开时反电动势的大小——只要控制器件能承受这两个条件就不用加。还有种方法是加RC吸收回路来吸收掉这个能量。ehZednc