Kerman的KiCad学习笔记：第3章 继电器及其原理

把一个功能完全的PCB比作是一个完整的世界，那么在PCB上的各种元器件就像是在这个世界上的城市，而连接他们的是一条条由金属材料堆砌的马路，继电器就好比是这条马路上的的交通警察或者说是信号控制系统。继电器的功能在于控制威廉希尔官方网站 中的电流通断，就像交通警察指挥交通，确保车辆（电流）有序地通过。当威廉希尔官方网站 需要改变流向或者进行某些特定的操作时，继电器就会像交通警察一样，根据指令进行切换，确保电流能够准确地流向需要的元器件。同时，继电器也能够保护威廉希尔官方网站 ，防止电流过大或者威廉希尔官方网站 短路，就像是交通警察在紧急情况下指挥交通，避免事故的发生。
 

本章将以欧姆龙G6S-2继电器为例讲解继电器原理，组成以及在具体威廉希尔官方网站 中的作用。

3.1  继电器的组成   

继电器（Relay），也称电驿，是一种电力电子控制器件。它实际上是一种用小电流去控制大电流的“自动开关”，具有输入回路和输出回路。它应常用于功率器件通断的场合，在应用中起自动调节、安全保护和威廉希尔官方网站 转换等作用。

继电器按不同的标准具有不同的分类。若按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时间继电器、温度继电器、速度继电器和压力继电器等；若按工作原理分为：电磁式继电器、感应式继电器、电动式继电器、电子式继电器、热继电器和光继电器等。   

继电器X的结构如图3-1所示，该图显示了组成继电器的所有零部件。其中外壳（Case）包裹继电器内的所有工作零部件，对整个继电器的结构起到保护作用。基座（Base）对继电器内的所有工作零部件起到支撑作用。挂钩（Hinge）的作用是将衔铁固定在基座上。

表2-1是继电器所有零部件的中文名称与英文名称对照表，表中的零部件序号与图3-1中的零部件编号一一对应。        

图3-1 继电器结构示意图（爆炸图）    

图3-2 继电器结构示意图（装配图）

表3-1 继电器所有零部件的中文名称与英文名称对照表

序号	英文名称	中文名称	序号	英文名称	中文名称
1	Case	外壳	7	B-T	常闭接触铜片
2	Armature	衔铁	8	SCC	开关接触铜片
3	Hinge	挂钩	9	M-T	常开接触铜片
4	Coil	低压控制端	10	Yoke	铁心
5	Bobbin	线圈	11	Card	卡扣
6	Base	基座

3.2  继电器工作原理

我们在测试中使用的一般是DC-5V电磁式继电器，其工作原理如下：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下返回原来的位置，使动触点与原来的静触点(常闭触点)释放。这样吸合、释放，从而达到了在威廉希尔官方网站 中的导通、切断的目的。

用简单的话来说，就是电磁铁通电时，把衔铁吸下来使两个触点，工作威廉希尔官方网站 闭合。电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作威廉希尔官方网站 。举例说明：图3-3中的工作威廉希尔官方网站 是由小灯泡L、电源E2和相当于开关的静触点、动触点组成。连接好工作威廉希尔官方网站 ，在常态时，D、E间未连通，工作威廉希尔官方网站 断开。用手指将动触点压下，则D、E间因动触点与静触点接触而将工作威廉希尔官方网站 接通，小灯泡L发光。闭合开关S，衔铁被电磁铁吸下来，动触点同时与两个静触点接触，使D、E间连通。这时弹簧被拉长，观察到工作威廉希尔官方网站 被接通，小灯泡L发光。断开开关S，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸引力。衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置，动触点与静触点分开，工作威廉希尔官方网站 被切断，小灯泡L不发光。   

图3-3 电磁继电器结构示意图 在集成威廉希尔官方网站 测试中，继电器通常用于威廉希尔官方网站 系统的切换，对于不同参数的测试来说所需的威廉希尔官方网站 可能不同，那么我们要在不更换威廉希尔官方网站 板的前提下将所需参数测试出来就必须在已有的威廉希尔官方网站 中通过继电器的通断来接入不同的威廉希尔官方网站 网络，这大大缩短了集成威廉希尔官方网站 的测试周期。所以要求读者必须熟练掌握继电器的使用，并在后期LoadBoard的设计中充分发挥继电器的作用。

3.3  板载继电器原理分析

如图3-4所示为芯片LM324N的测试用LoadBoard，图中的白色方块就是书中所使用的继电器，它是由欧姆龙公司生产的外部直插式继电器，型号为G6S-2 DC5V，该继电器包括8个引脚，如图3-5所示。   

图3-4 LM324芯片测试LoabBoard

图3-5 G6S-2-DC5继电器引脚图
引脚1和引脚8分别为继电器的两个电源端，其余引脚为继电器的外围威廉希尔官方网站 连接端，继电器在默认状态下1、3和6、7连接在一起，当继电器工作时3、6号引脚会在线圈产生的力将其打到4、5端，此时继电器3、4和5、6接通，实现威廉希尔官方网站 网路的切换。   
使用加速科技的ST2516测试设备时会使用CBIT模块来对继电器进行控制，表3-2是CBIT资源的性能参数。CBIT模块，控制DUT板上的继电器（Relay）通断。单业务板可用8CH。

表3-2 CBIT规格

项 目	规 格
控制电压范围	4.8V～5.2V
驱动电流	100mA

CBIT资源在测试机上电后默认输出5V电压，当需要控制继电器时使用CBIT模块中的SetOn()方法可让对应继电器模块的控制通道输出一个低电平，实现对继电器的控制，控制威廉希尔官方网站 如图3-6所示。

图3-6 G6S-2-DC5继电器驱动威廉希尔官方网站

图3-6中的威廉希尔官方网站 为加速科技测试设备匹配的继电器控制威廉希尔官方网站 ，继电器的电源正极与+5V电源相连，并且在每个继电器的上方匹配了一个显示威廉希尔官方网站 当继电器被驱动时上方的LED灯将被点亮，用于提示设计者每个继电器的关断。

3.4  继电器封装的创建 

继电器的符号创建过程请参考2.3节，这里不再赘述，这里主要讲解继电器的PCB封装。

首先在欧姆龙的官网下载G6S-2型号继电器的数据手册，在手册中对继电器的尺寸参数有具体的描述，如图3-7所示为继电器的尺寸参数，读者可据此绘制继电器的封装。

图3-7 G6S-2-DC5继电器尺寸信息

书中使用的是插件式的继电器，所以所用焊盘的形式为通孔，具体数据信息如表3-3所示。

表3-3 继电器封装信息

编号	位置信息（mm）		焊盘形状	直径（mm）	钻孔形状	钻孔直径（mm）
	X	Y
1	0	0	圆形	2	圆形	1
2	0	-5.08	圆形	2	圆形	1
3	0	-7.62	圆形	2	圆形	1
4	0	-10.16	圆形	2	圆形	1
5	5.08	-10.16	圆形	2	圆形	1
6	5.08	-7.62	圆形	2	圆形	1
7	5.08	-5.08	圆形	2	圆形	1
8	5.08	0	圆形	2	圆形	1

焊盘添加完成后在其丝印层添加一些丝印，并添加对应的3D封装，如图3-8所示。  

最后总结一下本章内容，本章内容主要围绕继电器展开，讲述了继电器的组成，工作原理，以及我们在设计芯片测试LoadBoard的时候如何使用继电器灯进行了粗略的概述，更多内容需要读者自己深耕。

如果您想一口气读完 Kerman 的笔记，可以访问以下链接：

https://github.com/HubertHQH/KiCad_Design_Guide

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