Röleleri daha verimli kullanmanın bazı yolları nelerdir?

Genellikle röleleri kontrol etmek için mikrodenetleyiciler kullanıyoruz ve 5 V'luk bir mikrodenetleyici genellikle 12 V rölelerle kullanılıyor. Bir röle, mikrodenetleyiciden birkaç kat daha fazla güce ihtiyaç duyabilir. Birkaç mA'da sürdürebileceğiniz bir SSR kullanabilirsiniz, ancak elektromekanik bir röleye ihtiyaç duyduğunuz durumlar olabilir. Ne zaman, başka bir tartışma. Burada elektromekanik üzerinde odaklanacağım. Peki, bu röleleri daha verimli kullanmanın bazı yolları nelerdir?

Bu oldukça uzun bir cevap haline geliyor, ancak sizi uykuya daldırmamak için çok güzel resimler ekledim ;-)

Bistable rölelerden haberdarım ve onlar büyük koruyucular, ancak burada aynı mandallama rölesi için farklı çözümler tartışacağım, mandallama rölesi kullanmak istemiyorsanız. Bu, örneğin geribildirim için, ya da daha karmaşık tahrik nedenlerinden dolayı olabilir. (Geri bildirim almanın bir yolu, çift kutuplu bir rölenin bir kontağını kullanmaktır, ancak daha sonra onu tek kutuplu bir röleye düşürürsünüz. Üç kutuplu röle vardır, ancak pahalıdır.)
Neyse, bu sizin ortak, düşük maliyetli kararsız durumunuz röle. Referans için bu röleyi kullanacağım .

Seri direnç
Gücü azaltmanın ucuz ve basit bir yolu ve çoğu röleye uygulanabilir. Dikkat gerilimi işletmek zorundadır veri sayfasında, bazen "pull-in gerilimi" çağrısında bulundu. 8.4 V olan yukarıdaki rölenin 12 V standart versiyonu için, buna en az 8.4 V uygularsanız, 12 V rölenin de çalışacağı anlamına gelir. Bu geniş marjın nedeni, röleler için 12 V’in sık sık regüle edilmemesi ve örneğin şebeke voltaj toleransları gibi değişkenlik göstermesidir. Bunu yapmadan önce 12 V üzerindeki kenar boşluklarını kontrol edin.
Biraz marj tutalım ve 9 V'a geçelim. Röle 360 ​​Ω bobin direncine sahiptir, ardından 120 Ω seri direnç 3 V düşmeye ve röle için 9 V kalır. Güç tüketimi, sadece bir seri dirençle % 25 güç tasarrufu sağlayan 400 mW yerine 300 mW'tır .

Bu ve diğer grafiklerde ortak çözümün gücü mavi renkte gösterilir, 12 V giriş için normalleştirilmiş ve mor renkte iyileştirilmiş çözümümüzdür. X ekseni giriş voltajını gösterir.

LDO regülatörü
Seri direnç sayesinde, güç tasarrufu, dirençlerimizin oranı olan% 25 oranında sabittir. Gerilim yükselirse, güç kuadratik olarak artar. Ancak, güç kaynağı voltajımızdan bağımsız olarak röle voltajını sabit tutabilirsek, güç yalnızca yükselen giriş voltajıyla doğrusal olarak artacaktır. Bunu röleye güç vermek için 9 V LDO kullanarak yapabiliriz. Seri dirençle karşılaştırıldığında bunun daha yüksek giriş voltajlarında daha fazla güç tasarrufu sağladığını, ancak giriş voltajı 12 V altına düştüğünde daha az güç tasarrufu sağladığını unutmayın.
Güç tasarrufu:% 25.

Hassas röle
Gücü önemli ölçüde azaltmak için en basit yol budur: rölenin hassas versiyonunu kullanın. Rölimiz 400 mW gerektiren standart bir versiyonda ve bunun yarısından memnun olan hassas bir versiyonda mevcuttur.
Öyleyse neden her zaman hassas röleler kullanmıyorsunuz? Birincisi, tüm röleler hassas tiplerde gelmezler ve bunu yaptıklarında, değişim (CO) kontakları veya sınırlı bir anahtarlama akımı gibi sık sık kısıtlamaları olur. Onlar da daha pahalı. Ancak uygulamanıza uyan birini bulabilirseniz, kesinlikle göz önünde bulundururum.
Güç tasarrufu:% 50.

5 V'ta 12 V röle
İşte Real Savings ™ 'e geliyoruz. İlk önce 5 V operasyonunu açıklamamız gerekecek. Röleyi 9 V'ta çalıştırabileceğimizi gördük, çünkü "gerilimi çalıştırmalı", 8.4 V idi. Ancak 5 V, bundan oldukça düşük, bu nedenle röleyi etkinleştirmiyor. Bununla birlikte, "gerilimi çalıştırması gerekir", ancak röleyi etkinleştirmek için gerekli olduğu anlaşılmaktadır ; aktive edildiğinde çok daha düşük voltajlarda bile aktif kalacaktır. Bunu kolayca deneyebilirsiniz. Röleyi açın ve bobinin karşısına 5 V yerleştirin; aktif olmadığını göreceksiniz. Şimdi teması bir kalemin ucuyla kapatın ve kapalı kaldığını göreceksiniz. Harika.

Bir tane yakalama var: Bunun geçişimiz için işe yarayacağını nasıl bilebiliriz? Hiçbir yerde 5 V'tan bahsetmiyor. İhtiyacımız olan, rölenin aktif kalması için minimum gerilimi sağlayan "tutma gerilimi" ve ne yazık ki bu genellikle veri sayfalarında yer almıyor. Bu yüzden başka bir parametre kullanmamız gerekecek: "gerilimi serbest bırakmalı". Bu rölenin kapanmayı garanti edeceği maksimum voltajdır. 12 V'luk röle için bu gerçekten düşük olan 0,6 V'dir. "Tutma voltajı" genellikle sadece 1,5 V veya 2 V gibi biraz daha yüksektir. Çoğu durumda 5 V riske değerdir. Değil sen Rölenin üreticisine danışmadan cihazın 10k / yıl üretim çalıştırmak istiyorsanız; çok fazla getirin olabilir.

Bu yüzden sadece çok kısa bir süre için yüksek gerilime ihtiyaç duyarız ve daha sonra 5 V için yer alabiliriz. Bu, röle ile seri olarak paralel bir RC devresi ile kolayca elde edilebilir. Röle açıldığında, kondansatör boşalır ve bu nedenle paralel direnci kısa devre yapar, böylece tam 12 V bobinin karşısında olur ve aktive edilebilir. Kondansatör daha sonra şarj edilir ve direnç boyunca akımı azaltan bir voltaj düşümü olacaktır.

Bu bizim ilk örneğimizde olduğu gibi, ancak o zaman 9 V bobin voltajına gittik, şimdi 5 V istiyoruz. Bobin 360 across karşısında 5 V 13,9 mA, daha sonra direnç (12 V - 5 V) / 13,9 mA = 500 Ω olmalıdır. Kondansatörün değerini bulmadan önce, veri sayfasına bir kez daha bakmalıyız: maksimum çalışma süresi maksimum 10 ms'dir. Bu, kapasitörün 10 ms sonra bobin üzerinde hala 8,4 V olacak kadar yavaş şarj etmesi gerektiği anlamına gelir. Bobin voltajı zaman içinde böyle görünmelidir

RC zaman sabiti için R değeri Thévenin'den dolayı bobinin 360 Ω değerine 500 Ω paraleldir. Bu 209 Ω. Grafiğin denklemi

$V_{COIL} = 5 V + 7 V \cdot e^{\dfrac{-t}{RC}}$

İle = 8.4 V, = 10 ms ve = 209 Q biz çözebilir ve 66 uF az bulabilirsiniz. 100 µF alalım. t R $V_{COIL}$$t$$R$$C$

Yani kararlı durumda 360 instead yerine 860 Ω direnç var. % 58 tasarruf ediyoruz .

5 V'ta 12 V röle, tekrarlama
Aşağıdaki çözüm bize 12 V'de aynı tasarrufları sağlıyor, ancak bir voltaj regülatörü ile giriş voltajı artarsa ​​bile voltajı 5 V'da tutacağız.

Anahtarı kapattığımızda ne olur? C1, D1 ve R1 üzerinden hızla 4.3 V'a şarj olur. Aynı zamanda C2, R2 ile şarj edilir. Analog anahtarın eşiğine ulaşıldığında, IC1'deki anahtar geçiş yapacaktır ve C1'in negatif kutbu +5 V'a bağlanacaktır, böylece pozitif kutup 9.3 V'a gidecektir. röle 5 V ile D1 arasında çalışır.

Peki bizim kazancımız ne? Röle boyunca 5 V / 360 Ω = 14 mA ve 400 mW yerine 167 mW olan bir LM7805 veya benzeri bir 12 V'den geliyoruz.
Güç tasarrufu:% 58.

5 V'ta 12 V röle, reprise 2 5 V'imizi
12 V güç kaynağımızdan elde etmek için bir SMPS kullanarak daha da iyisini yapabiliriz. Analog devre ile aynı devreyi kullanacağız, ancak çok daha fazla tasarruf edeceğiz. % 90 verimli bir SMPS'de % 80 (!) Enerji tasarrufuna sahibiz .

(Mathematica ile yapılan grafikler)

stevenvh harika bir cevap verdi, ancak her yapabildiğimde kullanamadığım bir çözüm var: adım röleleri.

Sadece röle durumunu değiştirirken güç tüketirler.

Elbette, elektroniği daha karmaşık hale getirir çünkü mikrodenetleyici başladığında röle durumunu bilmek için bir yol gerekir, ancak çoğu durumda çok fazla güç tasarrufu sağlar. Ev otomasyon sistemimde 24 "standart" rölenin değiştirilmesi adım adımlarla mikrodenetleyici kartı tarafından tüketilen gücün neredeyse% 98'ini kurtardı.

Peki, bu röleleri daha verimli kullanmanın bazı yolları nelerdir?

Aşağıda, "normal" mandallamasız bir röle ile kullanılabilecek prensipte en verimli sistem açıklanmaktadır. Bu devre Steven'ın referans rölesiyle veya başka herhangi bir röleyle çalışacaktır.

• Aşağıdaki devre, mümkün olan en iyi lineer düzenleme şemaları ile elde edilebilenden birkaç kat daha iyi güç tasarrufu sağlamak için bir bobin dönüştürücüsündeki bir indüktör olarak röle bobinini kullanır. Mekanik kilitlemeli röle veya kademeli röle çözümlerinin sıfır akım verimi ile uzun süre rekabet edemez, ancak herhangi bir standart ve değiştirilmemiş röle ile uygulanabilir.

  Dönüşümün etkinliği tek ölçüm ise, bu şema arzın yaklaşık% 50'sinden daha düşük tutma gerilimi için elde edilebilecek herhangi bir şeye karşı üstündür ve çoğu durumda daha üstün olacaktır.

  Bileşen sayısı, basit dirençli veya regülatör tabanlı şemalardan daha yüksektir ancak güç tasarrufu hayati olduğunda mütevazıdır. Aşağıda gösterilen gereksinim, 2 "jellybean" transistör, 8 direnç, 2 diyot, bir zener diyot ve 2 kapasitör içindir. Bu özenle biraz azaltılabilirdi.

  Arzu edilirse, röle bobini indüktör olarak kullanıldığında, bunun yerine IC tabanlı bir kova regülatör sistemi kullanılabilir.

Aşağıdaki son derece parlak devre, yayınladığım düşük maliyetli bir anahtarlama düzenleyici tasarım sorununa yanıt olarak Richard Prosser tarafından sağlandı? 8 yıl önce. Bileşen sayısı, diğer birçok güç tasarrufu çözümünden biraz daha yüksek olsa da, bu tipik olarak alternatiflerden çok daha verimli ve daha verimli olacaktır ve V_hold_in röle tutma voltajı, besleme voltajından çok daha düşük olduğunda gerçekten göze çarpmaktadır. Gösterilen örnekte, besleme voltajı 20V ila 70V arasındadır, ancak devre herhangi bir hassas voltaj aralığı için tasarlanabilir.

Burada gösterildiği gibi devre sabit akımda bir röle kullanır. Açılış özellikleri, başlangıçta daha yüksek bir sürücü akımı sağlamak için kolayca değiştirilebilir, ancak gösterilen devre genellikle çok kabul edilebilir olacaktır.

Devrenin ana parlaklığı, bir akım regülatöründeki indüktör olarak röle endüktansını kullanan bir röle bobinine sabit akım tahrikinin uygulanmasıdır. Uygulanan voltaj, istenen sürüş seviyesini sağlamak için gereken voltajın altına düşürülür. Bu, bobini tanımlanmış bir voltajda veya tanımlanmış bir akımda çalıştırmak olarak tasarlanabilir.

Verimliliğin düşük olduğu (muhtemelen çok yüksek Vin'de yaklaşık% 50 kadar düşük) çok yüksek uygulanan voltajlarda bile, güç tasarrufu büyüktür.
Düşünün - rölenin voltajda tutulması 5V ise ve besleme voltajı 30V ise. Bir seri direnç veya doğrusal regülatör Vrelay / Vsupply = 5/30 ~ =% 16'dan daha iyi bir verimlilik elde edemez. AMA bunun için 5V'luk röle tutma akımının 30V beslemeden beslenmesi gerekir, böylece güç dağıtımı = Iholdin x 30. Bir konvertör kullanıldığında güç = Vrelay x I% 100 / verimi% tutar.
% 50 verimde, kazanç 30V / 5V x 50/100 = 3 faktörüdür: anahtarlama yapmayan bir sistemle elde edilebilecek en iyisine kıyasla.

• Güç azaltma faktörü = Vsupply / Vholdin x verimlilik% / 100%

Yine, bu, elde edilebilecek en iyi doğrusal sisteme göre kazançtır.

Basitleştirilmiş çalışma açıklaması - gerektiğinde daha fazla ayrıntı mevcut:

Zener Z1'i arayın. Zener gerilimi Vz1.

Q1 bazı referans voltajında ​​tutulur ve Vz1 bölü R9, R2'ye bölünür.
Irelay = 0 olduğunda, Q1_E =) yani Q1 açık, Q2 açık yani I_relay yükseliyor.
Irelay yükseldikçe V_R7, Q1E, Q1'i kapatmaya başlamak için yeterince yüksek olana kadar yükselir.
Q1 kapanması Q2'yi kapatıyor ve röle akımı "D3, R7,
R1, C2 üzerinden serbest tekerlekler, I_relay düşerken V_R7'nin düşmesinin algılanmasında bir tiome gecikmesi oluşturur, böylece histerezis sağlar.
Çeşitli diğer etkileşimler meydana gelir ancak yukarıdaki ana etkilere ikincildirler.

"Black Switchjing Regülatörü" - Roman Black tarafından:

Nispeten iyi bilinen "Siyah Anahtarlama Düzenleyicisi", tasarım zorluğunun bir sonucu olarak bu devreden türetilmiştir.

Cicruit bağlantısı koptu ama

Tartışma

Burada test edilmemiş PCB düzeni - aşırı keskin, devreyi bundan nispeten kolay bir şekilde türetebilir.

Um.
Aşağıda, muhtemelen orijinal web sayfasından bir kopya olan diske kaydettiğim bir ASCII sanat sürümü. Performans muhteşem bir etkinlik değil ya da yük ya da Vin ile Vout düşüşü, ama ucuz :-). "Benim" GSR bir tane daha transistör kullanıyor, bu yüzden bileşen maliyetinde minimalist değil, ancak daha iyi özellikleri var. Ama bu başka bir hikaye.

Basamak röleleri Axeman tarafından belirtildi.

Bistable mandallama röleleri de vardır .

Gücü depolamak ve ana girişten güç kesildiğinde ayırma bobinine uygulamak için kolayca bir devre kolayca tasarlanabilir ve bu sayede normal bir tek bobin rölesine harici olarak çalışmasını sağlar.

Aşağıda - mandallama rölesinin bir versiyonu - bazılarında ayrı bir enerji boşaltma bobini vardır:

Yeni bir EDN Tasarım Fikirine göz atmak isteyebilirsiniz .

Temelde bir DC çarpanı ve onu açıp kapatmak için tek bir transistör ile bitirdiniz. Çarpan size gereken ilk "tekmeyi" verir, ancak sonra sabit durum voltajı çok daha düşüktür. Devrede kritik bir şey yoktur ve hemen hemen her röle veya solenoid için uyarlanabilir.

Rölelerin hala SSR'lere göre birçok faydası var ve seçim kriterleri otomotiv ihtiyaçları için yüksek hacim veya yüksek güvenilirlik seçerken farklı olacak. Anahtarlama ömrü, konservatif olarak kullanıldığında, 10e5 ve 10e6 kadardır.

Halen röle seçiminde uzman olmayanlar için, ortak özelliklerin farkındalığının arttırılması, performansın ihtiyaçlara göre verimli bir şekilde eşleştirilmesine yardımcı olacaktır.

• Üretim röleleri on yıllarca süren deneyime sahiptir, güvenilir bir kaynak seçmek, tedarikçi kalitesine özen gösterilmesini gerektirir.

• Röleler tıpkı transistörler gibi etkin bir şekilde güç ve akım kazanımına sahiptir.

  • Doymuş modda çalıştırıldığında, HFE değeri 100 olan güç transistör şalterlerini, devrede 5 ila 10 arasında bir akım kazancıyla tasarlamaya ihtiyaç duyun.
  • Rölelerde ofset veya ESD sorunu yoktur> tipik olarak> 1 kV izolasyon ve 50 ila 100 arası akım kazanımı yaygındır. Düşük bobin gerilimi etkin rölelerinde daha fazla kazanç elde edilir.

• Röleler, SPST, SPDT, 2P2T ... 6P2T (anahtar örnekleri) için ortak Form Faktörü açıklamalarına sahiptir.

  • Röle kutup ve kontak sayısı veya "atma" ile tanımlanabilir, ancak standartlaştırılmış açıklama Form faktörlerini kullanır.
  • Double Throw veya DT, 3 konumdan hangisinin "kutup" olarak tanımlandığına ve diğer ikisi "Normalde Kapalı veya Açık (NC / NO)" olarak adlandırılan ve Form A, Form B olarak adlandırılan "atma" olarak bağlı olarak 3 biçimde gelir. C formu
  • Form A'daki bir DPDT örneğine "2-Form A" denir, bazen 2FA kısaltılır
  • Bu Formlar, DIP-14, Otomotiv, Güç Röleleri (genel amaçlı) ", sinyal röleleri (örneğin telefon), RF Rölesi, Reed Rölesi,> = 100A Rölesi (aka Kontaktör) vb. İçin standart pin # veya konumlarına sahiptir.

Yanlış kullanma röleleri (okuma .. daha düşük MTBF)

• 10mA için 1 A dereceli kontak kullanın. Düşük akım sinyalleri oksidasyonu önlemek için altın flaş kaplı kontaklara ihtiyaç duyar, bu da yalıtkan ile mükemmel temas sağlar.
• Düşük güçlü bir tasarıma sahip Au kaplama ile 100mA sinyal rölesi kullanın, ancak flaş altın plaka için büyük dalgalanmalar yaratan ve aşırı yanık oluşturan büyük Kapaklar vardır.
• Küçük fakat düşük ESR kapağı kullanın. seyrek kullanılan veya az kullanılan güç kontaklarının kontakları arasında. Dielektrik oksit yalıtımı, kapağın her bir sözleşme kapanışından yakılmaktadır. ve sinyalleriniz güç dereceli (okuma ... altın kaplı olmayan) rölelerden açılabilir. Bu, 1977'de, röle durumunu uzaktan algılamak için her biri ekstra kontaklara sahip 96x 15 ~ 30A röleleri olan bir kutu tasarladığımda benim için mükemmel bir çözümdü. TTL akımı duyu temaslarını "ıslatmak" için yeterli değildi, ancak büyük bir R ile V + 'a çekti küçük bir tantalum kapağının eklenmesi, yedek temasların güvenilirlik problemini düzeltti.
• Bobini sürmek için zayıf bir kaynak kullanın. Bu, röle bobinin gereken minimum voltajın altına düşmesine neden olabilir ve zayıf bobin tahrikinden önemli miktarda ark ve aşırı temas sıçramasına sahip reaktif bir yük varsa, "temas konuşmasına" neden olabilir
• Besleme voltajının> 2 katına kadar olan bobinlere kelepçe diyotları koymayı unutmayın.
• Röle bobinlerini hassas Analog Power V + hatlarına koymayın.
• EMC rahatsızlığının yönünü bilmeden hassas manyetik devrelerin yakınında, örneğin radyolar vb. gibi blendajsız röleler kullanmayın.

• Bobin voltajının düşmesini önlemek için zorlu yöntemler düşündüğünüzde, güvenilirlik için yüzünüzü test edin ve MTBF için herhangi bir tasarımda üretimden kaçış / hatalar için 6sigma ekleyin ve sıcaklık, titreşim, yükseklik, nem vb. Gibi tüm stres faktörlerini göz önünde bulundurun ...

• rölelerin büyük bir kullanımı, verimliliği artırmak ve dalgalanmaları önlemek için güç açtıktan sonra bir veya daha fazla "yumuşak yolver" devresinin çevrilmesidir. Yumuşak başlatma için basit PTC kullanmanın anlık güç kesintisi sırasındaki dalgalanmaları önleyebilir. Bu anlık düşük verime neden olur, ancak kritik bileşenleri veya çıkış özelliklerini korur. düşük giriş dalgalanma akımları ile.

Listeme eklemek için çekinmeyin.

Röle akımını bir kapasitör ve bir direnç ile yarı yarıya azaltabilirsiniz. Kondansatör başlangıçta röleyi besler, direnç beklemedeki akımı azaltır.