Schéma obvodu blokovacího relé: Princip činnosti, Průvodce zapojením a tipy pro výběr

Návrh schématu obvodu blokovacího relé je jedním z těch úkolů, které vypadají komplikovaně, dokud nepochopíte základní myšlenku: relé si pamatuje svůj poslední stav, aniž by spotřebovávalo trvalý proud cívky. Praktický závěr je jednoduchý: jakmile se rozhodnete mezi jednocívkovým a dvoucívkovým zařízením, schéma zapojení se stane předvídatelným dvoutlačítkovým designem, který můžete znovu použít v aplikacích inteligentních měřičů, řízení osvětlení a nabíjecích hromad. V této příručce rozebereme princip fungování, ukážeme příklady diagramů, porovnáme přídržná relé se standardními relé a projdeme výběrová kritéria, která jsou důležitá ve výrobě.

Co je to přídržné relé?

Západkové relé je elektromechanické relé, které drží své kontakty v otevřené nebo zavřené poloze prostřednictvím magnetické západkové struktury, aniž by vyžadovalo nepřetržitý proud přes cívku. Ve standardním bezpřídržném relé musí cívka zůstat pod napětím, aby kontakty zůstaly v sepnuté poloze. Naproti tomu přídržné relé potřebuje ke změně stavu pouze krátký impuls a pak permanentní magnet nebo zbytková magnetická síla tento stav udržuje.

Z pohledu projektanta to řeší tři problémy najednou: spotřebu energie, tvorbu tepla a riziko vyhoření spirály. Zvažte inteligentní měřič, který funguje nepřetržitě. Cívka bez přídržného relé s odběrem 150 mW nepřetržitě spotřebuje zhruba 1,3 kWh za rok, zatímco přídržné relé mezi spínacími událostmi neodebírá téměř nic. Během desetileté životnosti se tento rozdíl sčítá.

Pokud si potřebujete zopakovat, jak fungují kontakty a kategorie relé, můžete si přečíst náš článek o jak relé funguje a typy jeho kontaktů .

Jak funguje přídržné relé?

Dva stabilní stavy

Přídržné relé má dvě mechanicky stabilní polohy. Když nastavená cívka přijme impuls, kotva se přesune do uzavřené polohy a magnetická západka ji tam drží. Když resetovací cívka přijme impuls, kotva se posune zpět a západka ji drží v otevřené poloze. Kontakty nemění stav při přerušení napájení, protože magnetická západka nezávisí na proudu cívky.

Jednocívkové versus dvoucívkové provedení

Hlavním rozhodnutím při studiu schématu obvodu přídržného relé je typ cívky. Jednocívkové přídržné relé používá přepólování: jeden vodič je kladný pro nastavení, záporný pro resetování nebo opačný. Dvoucívkové přídržné relé používá dvě nezávislé cívky: jednu pro nastavení a jednu pro reset. To zjednodušuje zapojení, když potřebujete pouze jednoduché ovládání push-pull nebo když má IC ovladače pouze jeden výstup v každém směru.

U návrhů, kde je přijatelná kterákoli možnost, Elektrické přídržné relé FH31L s možností jedné cívky a dvou cívky nabízí obě verze v kompatibilním půdorysu, což vám dává flexibilitu bez předělání desky.

FH31L 80A přídržné relé s možností jedné a dvou cívky Toto 80A západkové relé nabízí verzi s jednou i dvěma cívkami v kompatibilním půdorysu, což zjednodušuje design desky. Splňuje normy IEC62052-31:2005 UC2 a RoHS, díky čemuž je vhodný pro aplikace inteligentních měřičů. Zobrazit produkt →

Příklady schématu obvodu blokovacího relé

Kabeláž pro nastavení/resetování dvou cívek

V konfiguraci se dvěma cívkami jsou nastavovací cívka a resetovací cívka zapojeny jako samostatné větve od kladné kolejnice k zemi. Stisknutím nastavovacího tlačítka se na okamžik nabudí nastavovací cívka a sepne relé. Stisknutím resetovacího tlačítka se aktivuje resetovací cívka a uvolní se západka.

Jednocívkové zapojení s přepólováním

V jednocívkovém provedení jak nastavení, tak reset používají stejnou cívku. Chcete-li přepnout stav, otočte polaritu napětí aplikovaného na cívku. Typický přístup používá H-můstek nebo dva tranzistory uspořádané v push-pull konfiguraci. Jeden impuls s kladnou polaritou nastaví relé, zatímco impuls s obrácenou polaritou jej resetuje. Protože je cívka pro obě operace stejná, je plocha plošných spojů menší, ale obvody ovladače jsou o něco složitější.

Blokovací relé řízené MCU

Když mikrokontrolér řídí přídržné relé, můžete použít dva piny GPIO s tranzistory pro dvoucívkové zařízení nebo ovladač H-bridge pro jednocívkové zařízení. Vzhledem k tomu, že relé odebírá proud pouze během spínacího impulsu, může být budič navržen pro krátký impuls spíše než pro trvalé zatížení. Díky tomu jsou obvody řízené MCU obzvláště atraktivní v bateriově napájených zařízeních a inteligentních měřicích systémech, kde se počítá každý miliwatt.

Přídržné relé versus bezpřídržné relé

Volba závisí na tom, zda vaše aplikace potřebuje paměťovou funkci nebo stav zabezpečený proti selhání. Pokud ztráta napájení musí vést k vypnutému stavu, je bezpečnější relé bez přídržky. Pokud si zařízení musí zachovat svůj stav a obnovit správnou polohu po přerušení napájení, je vhodnější západkové relé.

Jak vybrat správné blokovací relé

Napětí cívky

Přizpůsobte napětí cívky vaší napájecí liště. Běžné hodnoty zahrnují 5V, 12V a 24V. Cívka dimenzovaná na 12V provozovaná při 5V nebude spolehlivě aretovat a přepětí může poškodit izolaci. Pokud váš obvod používá přepólování, ujistěte se, že budič může poskytovat kladné i záporné impulsy čistě.

Typ cívky

Volba mezi single-coil a dual-coil závisí na vašem obvodu ovladače. Dual-coil nabízí jednodušší logiku ovládání, protože nastavení a reset jsou nezávislé. Single-coil používá méně svorek, ale vyžaduje přepólování, což zvyšuje počet komponent budiče. Pro návrh s omezeným prostorem PCB je často snazší směrovat dvoucívkové zařízení s kompaktním vývodem.

Konfigurace kontaktu

Vyberte kontaktní formulář podle svého zatížení. SPST je nejjednodušší, ale SPDT a dvoukontaktní struktury umožňují ovládat dva obvody současně. Rozdvojené kontakty zlepšují spolehlivost při přepínání nízkoproudových signálů a jsou užitečné, když potřebujete přepínat jak napájecí, tak pomocné signály z jednoho relé.

Nosnost

Důležitý je spínací proud, napětí a zapínací proud. S odporovými zátěžemi se manipuluje snadněji než s indukčními nebo kapacitními zátěžemi, které generují přechodové jevy, které mohou svařovat kontakty. Pro aplikace 16A až 20A s požadavky na schválení UL a CQC Blokovací relé FH42L s UL a CQC je praktickou možností, protože je testován pro globální trhy a používá standardní uspořádání PCB terminálů.

FH42L 16A/20A západkové relé se schválením UL a CQC Toto 16A/20A přídržné relé certifikované podle UL a CQC poskytuje spolehlivé spínání pro globální trhy. Jeho průrazné napětí 5 kV a výkon cívky 250 mW vyhovují řídicím panelům pro inteligentní domácnost a měřič. Zobrazit produkt →

Odstraňování běžných problémů s blokovacím relé

• Relé nemění stav: Zkontrolujte napětí cívky a ovladač. Zajistěte, aby doba trvání impulsu byla alespoň 20 ms až 50 ms, aby se kotva mohla plně pohybovat.
• Relé neudrží stav: Zkontrolujte magnetickou západku. Příliš krátký impuls může opustit kotvu v mezipoloze, takže západka plně nezapadne.
• Kontakty se přilepí nebo přivaří: Snižte zapínací proud nebo použijte kontaktní materiál dimenzovaný pro zátěž, jako je AgSnO2, který odolává obloukové erozi lépe než pouze stříbrné kontakty.
• Šum nebo falešné spínání: Přidejte zpětné diody přes cívku, zejména v obvodech se dvěma cívkami, a filtrujte hlučná napájecí vedení s malým kondenzátorem v blízkosti relé.

Aplikace, kde svítí západková relé

Přídržná relé jsou u inteligentních elektroměrů běžná, protože relé musí zůstat v daném stavu po dlouhou dobu, aniž by došlo k vybití elektroměru. Jsou také široce používány v inteligentním řízení domácího osvětlení, nabíjecích hromadách, průmyslové automatizaci a nových energetických systémech. V těchto prostředích schopnost udržet stav bez trvalého napájení cívky snižuje samozahřívání a prodlužuje životnost sestavy PCB.

Pro aplikace inteligentních měřičů a řízení osvětlení, Západkové relé W30L určené pro inteligentní měřič a ovládání osvětlení nabízí kompaktní půdorys a přepínatelný přídržný mechanismus, díky čemuž se přímo hodí pro měřiče a řídicí desky osvětlení. Můžete také prozkoumat jak Fanhar podporuje aplikace inteligentních elektroměrů abyste viděli, jak se tyto komponenty integrují do produkčních nasazení.

W30L 40A/50A západkové relé pro inteligentní měřič a ovládání osvětlení Toto aretační relé zvládá až 50 A s kompaktním půdorysem a ručním ovládacím spínačem. Je kompatibilní s UL, TUV a CQC, takže se přímo hodí pro aplikace měřiče a ovládání osvětlení. Zobrazit produkt →

FAQ

Q1: Potřebují západková relé konstantní napájení?

Ne. Přídržné relé potřebuje k přepínání stavů pouze impuls. Po přepnutí magnetická západka drží kontakty na místě bez trvalého proudu cívky, takže cívka nespotřebovává žádnou energii, když je relé nečinné.

Q2: Co je lepší: single-coil nebo dual-coil?

Záleží na řidiči. Dual-coil se snadněji ovládá pomocí jednoduchých GPIO, protože nastavení a reset jsou nezávislé. Single-coil šetří svorky, ale vyžaduje obvody pro přepólování, jako je H-můstek. Pokud optimalizujete prostor na desce plošných spojů, obvykle je vhodná dvoucívka s kompaktním uspořádáním svorek.

Q3: Může selhat přídržné relé při otevření nebo sepnutí?

Ano. Mechanické opotřebení, svařované kontakty nebo vadná magnetická západka mohou způsobit oba způsoby selhání. Správný výběr zátěže, adekvátní pohon cívky a relé s robustní strukturou kontaktů pomáhají těmto poruchám předcházet.

Q4: Jak dlouhý by měl být řídicí impuls?

Pro 12V nebo 24V přídržné relé obvykle stačí 20 ms až 50 ms. Delší pulsy nepoškodí relé, ale plýtvají energií, zatímco extrémně krátké pulsy nemusí kotvu úplně rozhýbat a mohou způsobit nespolehlivé spínání.

Závěr

Schéma zapojení přídržného relé je snadno čitelné, jakmile víte, zda zařízení používá jednu nebo dvě cívky. Jakmile je typ cívky jasný, kabeláž se řídí předvídatelným vzorem a hlavní konstrukční práce se přesune na výběr správného napětí cívky, jmenovité hodnoty kontaktu a ochranných součástí. U inteligentních měřičů, ovládání osvětlení a nových energetických zařízení je obtížné srovnat úspory energie a dlouhodobou spolehlivost přídržného relé s alternativou bez přídržky.