Mit jelent a relé behúzó és kioldó feszültsége?

Üdvözöljük a kulcsrelé elektromos paramétereiről szóló teljes útmutatónkban. Bemutatjuk a relé működésének alapvető koncepcióit, amelyek a megbízható rendszertervezés szempontjából fontosak.

A behúzó-feszültséget „működési kötelezettségnek” is nevezik. Ez a minimális tekercsfeszültség, amely a relé bekapcsolásához szükséges. Ez az érintkezőket normál helyzetükből a működtetett helyzetbe mozgatja.

A kioldási feszültség a „kötelező kioldási” feszültség. Ez az a maximális feszültség, amelynél a feszültség alatt lévő relé biztosan feszültségmentes{1}}. Ez lehetővé teszi, hogy az érintkezők visszatérjenek normál, nyugalmi állapotukba.

Meg kell értenie ezt a két paramétert, hogy kiszámítható, robusztus és meghibásodást{0}}álló elektronikus áramköröket tervezhessen. Ez az útmutató túlmutat az egyszerű meghatározásokon. Megvizsgáljuk azokat a gyakorlati következményeket, környezeti tényezőket, amelyek befolyásolják ezeket az értékeket, és hogyan lehet ezeket helyesen kiolvasni az adatlapokról.

Ebben az útmutatóban a következőkre térünk ki:

A feszültség be- és kioldása mögötti alapvető definíciók és fizika{0}.

A hiszterézis kritikus fogalma és miért biztosítja a stabil kapcsolást.

Valós{0}}tényezők, mint például a hőmérséklet és a tápegység ingadozása, amelyek megváltoztatják a relé teljesítményét.

Hogyan olvassuk és értelmezzük az adatlap specifikációit a megbízható áramkör-tervezés érdekében.

Működőképes tervezési szabályok és gyakorlati esettanulmány.

Az alapok

Mi az a húzó{0}}feszültség?

A behúzó-feszültség kiváltja a relé mechanikus működését. Amikor feszültséget kapcsolunk a relé tekercsére, áram folyik, és elektromágneses mezőt hoz létre.

A húzó{0}}feszültség az a pont, ahol a mágneses erő elég erőssé válik. Le kell győznie az egyesített ellentétes erőket. Ide tartozik az armatúra visszatérő rugójának feszültsége és az alaphelyzetben zárt érintkezők statikus nyomása.

Ennél a feszültségnél az armatúra a tekercs magja felé húzódik. Ezáltal a mozgatható érintkezők állapotát váltják. Az alaphelyzetben nyitott érintkezők záródnak, a normál esetben zárt érintkezők pedig kinyílnak.

Az adatlapon szereplő érték garantált maximum. Az egyes reléegységek tényleges húzófeszültsége{1}} alacsonyabb lehet. Az adatlap garantálja, hogy a relé ezen a megadott feszültségen vagy az alatt fog működni. Például: „9,6 V vagy azzal egyenlő üzemi feszültség”.

A legtöbb szabványos egyenáramú reléknél a húzó{0}}feszültség a névleges tekercsfeszültség százalékában van megadva. Ez általában 70% vagy 80%. Egy általános 12 VDC relé esetén a garantált húzófeszültség{6}} legfeljebb 9,6 VDC (a 12 V 80%-a) legyen megadva.

Mi az a kioldó feszültség?

A kioldási feszültség a kikapcsolás küszöbértéke. Ahogy a feszültség alá helyezett tekercs feszültsége csökken, az áramáramlás csökken. A mágneses tér gyengül.

A kioldó feszültség az a pont, ahol a mágneses erő túl gyenge lesz. Már nem tudja tartani az armatúrát a visszatérő rugó mechanikai erejével szemben.

Ennél a feszültségnél a rugó helyreállító ereje legyőzi a maradék mágneses vonzást. Ez elhúzza az armatúrát a magtól. Ez a művelet visszaállítja a névjegyeket normál, áramtalanított állapotukra.

A húzó{0}}feszültséghez hasonlóan az adatlapon szereplő kioldási feszültség is garantált minimum. A relé garantáltan kiold, ha a tekercs feszültsége erre a szintre vagy az alá esik. Egy tipikus specifikáció a következő lehet: "1,2 V-nál nagyobb vagy egyenlő feszültséget kell kiengedni".

Ezt az értéket gyakran a névleges feszültség százalékában is kifejezik. Az egyenáramú relék esetében a kioldó feszültség általában a névleges névleges érték 10%-a vagy több. 12 VDC relé esetén a garantált kioldó feszültség nagyobb vagy egyenlő, mint 1,2 VDC.

A hiszterézis fogalma

Mit jelent a relé behúzó és kioldó feszültsége a stabil működéshez? A relé húzó{0}}feszültsége mindig lényegesen nagyobb, mint a kioldó feszültsége. A két küszöb közötti különbséget hiszterézisnek nevezik.

Ez a tulajdonság nem hiba. Alapvető és szükséges funkció a relé stabil működéséhez. A hiszterézis megakadályozza, hogy a relé "csavarjon"-gyorsan be- és kikapcsoljon-, amikor a vezérlőfeszültség egyetlen kapcsolási pont közelében mozog.

Képzelje el, ha a behúzási{0}} és a kioldási feszültségek azonosak lennének. Bármilyen kis zaj vagy ingadozás a vezérlőjelben az egyetlen küszöb körül a relé gyors be- és kikapcsolását okozza. Ez érintkezési ív kialakulásához, idő előtti kopáshoz és a rendszer kiszámíthatatlan viselkedéséhez vezet.

A hiszterézis hurok holtsávot biztosít. Miután a relé behúzott, a feszültségnek jelentősen le kell csökkennie, mielőtt kienged. Ez tiszta és határozott kapcsolási műveletet biztosít.

Ezt egy egyszerű grafikonon tudjuk megjeleníteni, amely a relé állapotát ábrázolja a tekercsfeszültség függvényében.

Ez a grafikon egyértelműen két külön utat mutat a be- és kikapcsoláshoz. Ezek egy hurkot képeznek, amely a relé hiszterézisét képviseli.

Valós{0}}világot befolyásoló tényezők

A tekercs hőmérsékletének szerepe

A relé húzó{0}}behúzási és kioldási feszültségét egy valós-áramkörben leginkább befolyásoló tényező a tekercs hőmérséklete.

A fizika egyértelmű. Egy relé tekercset rézhuzallal tekercselnek, amelynek pozitív hőmérsékleti ellenállási együtthatója van. A réz esetében ez az érték hozzávetőlegesen +0.4% Celsius-fokonként.

Ahogy a tekercs hőmérséklete emelkedik, a DC ellenállása nő. Ez vagy a magas környezeti környezetből, vagy a folyamatos működés miatti ön-melegedésből következik be. Az Ohm-törvény (V=IR) szerint, ha az ellenállás (R) növekszik, nagyobb feszültségre (V) van szükség a működtető mágneses tér generálásához szükséges áramerősség (I) előállításához.

Ahogy a tekercs felmelegszik, effektív húzó{0}}feszültsége növekszik. Egy 25 fokos laborban 9 V-on megbízhatóan behúzó relé 11 V-ot vagy annál nagyobb feszültséget igényelhet, ha 80 fokos forró házban működik.

A kioldó feszültségre gyakorolt ​​hatás hasonló. A nagyobb ellenállású, melegebb tekercs azt jelenti, hogy a feszültségnek alacsonyabb szintre kell csökkennie, hogy a mágneses teret kellő mértékben csökkentse ahhoz, hogy az armatúra kioldódjon. Ezért az effektív kioldó feszültség is növekszik a hőmérséklettel.

Egyszer vizsgáltunk egy helyszíni hibát, amikor a vezérlőegység tökéletesen működött a laborban (25 fok), de nem tudott működtetni egy kritikus biztonsági relét egy kültéri burkolatban a nyári napsütésben (70 fok). A konstrukció a specifikációban szereplő hideghúzás-fölötti feszültséget szolgáltatott. Nem tudta figyelembe venni a húzófeszültség{5}}jelentős növekedését magas hőmérsékleten. A megoldás a meghajtó áramkör újratervezését igényelte, hogy magasabb garantált kimeneti feszültséget biztosítson minden termikus körülmény között.

A tápegység változatai

Egy áramkör tápellátása soha nem tökéletes. Változatai közvetlenül befolyásolják a relé működését. A tervezőknek figyelembe kell venniük ezeket a tényeket.

Az első maga a kínálati tolerancia. A "12V" névleges tápegység gyakran 12V ±5% vagy akár ±10%. A tervezőnek a legrosszabb-esetet kell figyelembe vennie. Ha a tápfeszültség 11,4 V-ra (-5%) csökkenhet, ennek a minimális feszültségnek még kényelmesen a relé lehetséges maximális behúzási feszültsége felett kell lennie, figyelembe véve a teljes hőmérsékleti hatásokat.

A második a feszültségesés vagy az I*R esés. Az áramforrást a relé tekercsével összekötő vezetékek és NYÁK-nyomok ellenállással rendelkeznek. Még egy kis ellenállás is jelentős feszültségcsökkenést okozhat, amikor a tekercs áramot vesz fel. A relé tekercsének feszültsége alacsonyabb lesz, mint a tápegység kapcsai feszültsége. Ezt a tényezőt ki kell számítani és a tervezés során kompenzálni kell.

Végül a feszültség hullámzása aggodalomra ad okot, különösen az egyszerűbb AC-DC tápegységeknél. Ha a DC feszültség hullámossága elég nagy, a feszültségmélység a relé tartó- vagy kioldófeszültsége alá süllyedhet. Emiatt a relé zörög vagy váratlanul kiold. Ez különösen problémás azoknál az áramköröknél, amelyek a kioldó feszültségküszöb közelében működnek.

A tekercs elnyomásának hatása

Amikor egy tranzisztor lekapcsolja az áramot egy induktív terhelésre, például egy relé tekercsre, az összeomló mágneses tér nagy feszültségcsúcsot indukál (V=-L * di/dt). Ez a tüske könnyen tönkreteheti a meghajtó tranzisztort, ha nincs elnyomva.

A legelterjedtebb elnyomási módszer a tekercssel párhuzamosan elhelyezett egyszerű flyback dióda. Amikor a tranzisztor kikapcsol, a dióda biztonságos utat biztosít az indukált áram keringéséhez és eloszlatásához. Ez védi a vezetőt.

Ennek a módszernek azonban jelentős{0}}kiváltása van. A keringő áram meghosszabbítja a mágneses mező fennállását. Ez hosszabb ideig feszültség alatt tartja a relé armatúráját. Ez drámaian megnöveli a relé kioldási idejét.

Ez a késleltetés elfogadhatatlan lehet a gyors váltást igénylő alkalmazásokban. Ezenkívül a mágneses tér lassú lecsengése hatékonyan növelheti azt a feszültséget is, amelynél a relé végül kiold.

Azoknál az alkalmazásoknál, ahol a kiadási idő kritikus, jobb elnyomási módszerekre van szükség. A szabványos diódával sorba kapcsolt Zener-dióda vagy az ellenállás-kondenzátor (RC) snubber hálózat gyorsabb lecsengési utat biztosíthat a tekercsáram számára.

Íme a gyakori elnyomási technikák összehasonlítása:

A megfelelő elnyomási módszer kiválasztása egyensúlyt teremt az illesztőprogram-komponens védelme és a szükséges relé-kioldó teljesítmény elérése között.

Gyakorlati alkalmazás és tervezés

Adatlap olvasása

Az elmélet gyakorlatba való átültetése a relé adatlapjának helyes értelmezésével kezdődik. A tekercsadatok szakasz tartalmazza azokat a kritikus feszültségspecifikációkat, amelyek szabályozzák a meghajtó áramkör tervezését.

Bontsuk le a legfontosabb paramétereket, amelyeket megtalál.

Névleges tekercsfeszültség:Ez a szabványos, folyamatos használatra szánt üzemi feszültség. A relét optimális teljesítményre és élettartamra tervezték ezen a feszültségen.

Működési (behúzási-) feszültség:Ez maximális értékként van megadva (pl. 9,6 V vagy annál kisebb). Az áramkörnek minden körülmények között legalább ekkora feszültséget kell szolgáltatnia (a legrosszabb-esetben alacsony tápellátás, maximális hőmérséklet), hogy garantálja a működést.

Kiengedési feszültség:Ez minimális értékként van megadva (pl. nagyobb vagy egyenlő, mint 1,2 V). A relé feszültségmentesítésének{4}}biztosításához az áramkör „kikapcsolt” állapotú feszültségének e szint alatt kell lennie.

Maximális folyamatos feszültség:Ez a legmagasabb feszültség, amelyet a tekercs korlátlan ideig képes ellenállni túlmelegedés vagy károsodás nélkül. Ennek túllépése drasztikusan lerövidítheti a relé élettartamát.

Az alábbiakban egy példa látható egy tipikus tekercs adattáblázatra egy 12 VDC "kockacukor" reléhez.

A gondos olvasás elengedhetetlen. Ne feledje, hogy ezeket a magspecifikációkat gyakran referenciahőmérsékleten adják meg, általában 25 fokon. Ahogy már megbeszéltük, ezek az értékek különböző üzemi hőmérsékleteken változnak.

Tervezési esettanulmány: UVLO

Alkalmazzuk ezeket a fogalmakat egy gyakorlati tervezési problémára: hozzunk létre egy akkumulátor feszültségcsökkenést kizáró (UVLO) áramkört.

A cél a 12 V-os ólom-savas akkumulátor védelme a mélykisüléstől. Az áramkörnek automatikusan le kell választania a terhelést, ha az akkumulátor feszültsége kritikus szintre, például 11,5 V-ra esik. Csak azután csatlakoztassa újra a terhelést, miután az akkumulátort egészségesebb feszültségre, például 12,5 V-ra töltötték.

A kihívás a megfelelő relé kiválasztása és a vezérlési logika megtervezése. A relé természetes hiszterézise tökéletesnek tűnik erre a feladatra.

Elemzésünk megköveteli, hogy a relé két műveletet hajtson végre a feszültségküszöbök alapján:

A relé kellkiadás(bontsa le a terhelést), ha a rendszer feszültsége 11,5 V-ra esik.

A relé kellhúzza be-(csatlakoztassa újra a terhelést), amikor a rendszer feszültsége 12,5 V-ra emelkedik.

A kiválasztási folyamat során egy szabványos 12 VDC névleges relét keresnénk. Az adatlap specifikációi az elsődleges útmutatónk. A kioldási feszültségnek jóval a 11,5 V-os leválasztási küszöb alatt kell lennie. A kötelező működési feszültségnek a 12,5 V-os újracsatlakozási küszöb alatt kell lennie.

Egy professzionális mérnök azonban tudja, hogy nem szabad közvetlenül ezeknek a tág{0}}tűrési előírásoknak megfelelően tervezni. A gyakorlatban soha nem hagyatkoznánk a relé saját pontatlan be- és kioldó feszültségeire a kritikus UVLO küszöbértékek beállításánál. A relé behúzó és kioldó feszültségének saját hiszterézise van, amely túlságosan változó és erősen függ a hőmérséklettől.

Ehelyett a relé specifikációit használjuk, hogy biztonságos működési ablakot hozzunk létre egy sokkal pontosabb külső trigger áramkör számára. Tervezünk egy komparátor áramkört (operatív erősítővel vagy dedikált felügyeleti IC-vel) egy precíz rezisztív osztóval a 11,5 V és 12,5 V küszöbértékek beállításához. Ez a komparátor ezután egy tranzisztort hajt meg, amely viszont a relé tekercset hajtja meg.

Ennél a kialakításnál a reléválasztást az határozza meg, hogy az ne zavarja a precíziós áramkörünket. Olyan relét választunk, amelynek kioldási feszültsége például nagyobb vagy egyenlő, mint 1,2 V, és működési feszültsége legfeljebb 9,6 V. Ez a széles, garantált ablak (1,2 V-tól 9,6 V-ig) bőséges teret biztosít számunkra. Precíziós áramkörünk ezután megbízhatóan tud működni 11,5 V és 12,5 V feszültséggel, teljesen immunis a relé saját széles tűréseire és a hőeltolódásra.

Ez az esettanulmány bemutatja, hogy a relé tulajdonságai mennyire fontos részét képezik a rendszer tervezésének. De a külső intelligencia irányítja és irányítja őket, nem pedig magukra bíznák a pontosságukat.

Tervezési ökölszabályok

A robusztus relévezetés érdekében az ebben az ellenőrzőlistában összefoglalt alapelveket követjük.

1. szabály: Vegye figyelembe a hiányosságokat.Mindig győződjön meg arról, hogy a meghajtó áramkör minimális garantált kimeneti feszültsége nagyobb, mint a relé maximálisan meghatározott húzófeszültsége-. Vegye figyelembe a lehető legmagasabb üzemi hőmérsékletet.

2. szabály: Az alsó vég számít.Győződjön meg arról, hogy az illesztőprogram „kikapcsolt-állapotú” szivárgási feszültsége a rendszerzajjal együtt mindig kisebb, mint a relé minimálisan meghatározott kioldási feszültsége. Ez megakadályozza, hogy a relé ne{2}}lekapcsoljon.

3. szabály: A hőmérséklet nem a barátod.Mindig csökkentse a feszültség számításait a legrosszabb-hőmérsékletre. Jó gyakorlat az, ha a költségvetésben legalább 20-25%-kal növeli a behúzási feszültséget, amikor 25 fokos laborkörnyezetről meleg, 85 fokos ipari alkalmazásra vált.

4. szabály: Vezess felhatalmazással.Soha ne hajtson relé tekercset közvetlenül a szabványos mikrokontroller I/O érintkezőjéről. Ezek a tűk korlátozott áramforrással és nagy kimeneti impedanciával rendelkeznek. Használjon dedikált meghajtót, például BJT-t vagy MOSFET-et, amely tiszta, alacsony impedanciájú{2}}teljesítményt biztosít a tekercs számára.

5. szabály: Nyomd el bölcsen.A tekercsen áthaladó repülõdióda a minimális követelmény a meghajtó védelméhez. Ha az alkalmazás érzékeny a kiadási időre, fektesse be az extra alkatrészeket Zener-dióda vagy RC snubber megoldáshoz.

Speciális szempontok

Reteszelő relék

Fontos megkülönböztetni a szabványos nem{0}}reteszelő reléket a reteszelő reléktől, amelyek más paradigmán működnek.

Ellentétben a nem-reteszelő relével, amely folyamatos tekercsfeszültséget igényel állapotának megőrzéséhez, a reteszelő relé bistabil. Rövid feszültségimpulzussal állapotot vált, majd nulla energiafogyasztással az új állapotban marad.

Ezeknek a reléknek nincs hagyományos behúzó{0}} vagy kioldó feszültsége. Ehelyett az adatlapjaik egy Set Voltage impulzust határoznak meg, amely az érintkezőket feszültség alá helyezi, és egy Reset Voltage impulzust (gyakran egy külön tekercsen), hogy visszaállítsa őket a normál helyzetbe.

Az elsődleges előny a hatalmas energiamegtakarítás. Emiatt a reteszelő relék ideálisak az akkumulátoros-vagy energia-érzékeny alkalmazásokhoz, ahol az állapotot hosszú ideig fenn kell tartani.

AC vs. DC tekercsek

Az ebben az útmutatóban tárgyalt alapelvek elsősorban a DC{0}}tekercsrelékre vonatkoznak. Az AC-tekercsrelék eltérő kialakításúak.

Az egyenáramú tekercs működését a DC ellenállása és az ebből eredő áram szabályozza. A váltakozó áramú tekercs működése azonban a megadott vezetékfrekvencián (pl. 50 Hz vagy 60 Hz) fennálló impedanciáján alapul.

Az AC tekercsek gyakran tartalmaznak árnyékoló gyűrűt vagy árnyékoló tekercset. Ez egyetlen rövidre zárt rézmenet, amely a mag homlokzatába van ágyazva. Késleltetett mágneses fluxust hoz létre, amely az armatúrát a helyén tartja az AC szinuszhullám nulla-keresztezése során. Ez megakadályozza a hallható zümmögést és az érintkező csevegést.

Következésképpen a behúzási- és a kioldási feszültségük VAC (VAC) volt, és a váltakozó áramú áramforrás stabilitásának összefüggésében kell értékelni.

Következtetés: A megbízható ellenőrzés alapja

A behúzás- és a kioldó feszültség több, mint számok egy adatlapon. Meghatározzák az elektromechanikus relé alapvető működési ablakát. A két küszöb közötti rés által keltett hiszterézis a kulcsa a tiszta, stabil és -csevegésmentes váltás biztosításának.

A sikeres tervezésnek azonban túl kell tekintenie ezeken a statikus, szobahőmérséklet{0}}értékeken. Ennek az útmutatónak az a központi üzenete, hogy egy robusztus áramkörnek figyelembe kell vennie azokat a dinamikus, valós -tényezőket, amelyek közvetlenül befolyásolják a relé teljesítményét. Ez különösen magában foglalja a tekercs hőmérsékletének és a tápegység-ingadozások jelentős hatásait.

Ha túllépünk az összetevők adatlapján, és figyelembe veszik a teljes rendszert-az áramforrástól és a meghajtó áramkörtől a környezeti hőkörnyezetig-, a mérnökök megfelelően kezelhetik ezeket a kritikus paramétereket. Ez a megközelítés lehetővé teszi számunkra, hogy kihasználjuk a relék alapvető jellemzőit olyan vezérlőáramkörök létrehozására, amelyek nem csak a laboratóriumi padon működnek, hanem valóban megbízhatóak a terepen.

Lásd még

Relé gyártási folyamat és tesztelési folyamat

Relék alkalmazása napenergia-termelő rendszerekben

Hogyan lehet megkülönböztetni a relé alaphelyzetben nyitott és zárt érintkezőit

Hogyan válasszuk ki a megfelelő autóipari reléket és biztosítékdobozokat