Schéma obvodu blokovacieho relé: Princíp činnosti, Sprievodca zapojením a tipy na výber

Návrh schémy obvodu blokovacieho relé je jednou z tých úloh, ktoré vyzerajú komplikovane, kým nepochopíte základnú myšlienku: relé si pamätá svoj posledný stav bez spotreby nepretržitého prúdu cievky. Praktický záver je jednoduchý: akonáhle sa rozhodnete medzi zariadením s jednou cievkou a zariadením s dvoma cievkami, schéma zapojenia sa stane predvídateľným dizajnom s dvoma tlačidlami, ktorý môžete znova použiť v aplikáciách inteligentných meračov, riadenia osvetlenia a nabíjacích hromad. V tejto príručke rozoberáme princíp fungovania, ukazujeme príklady diagramov, porovnávame blokovacie relé so štandardnými relé a prechádzame výberovými kritériami, ktoré sú dôležité vo výrobe.

Čo je to blokovacie relé?

Blokovacie relé je elektromechanické relé, ktoré drží svoje kontakty v otvorenej alebo zatvorenej polohe prostredníctvom magnetickej blokovacej štruktúry bez potreby nepretržitého prúdu cez cievku. V štandardnom bezprídržnom relé musí cievka zostať pod napätím, aby kontakty zostali v spínanej polohe. Na rozdiel od toho, blokovacie relé potrebuje na zmenu stavu iba krátky impulz a potom permanentný magnet alebo zvyšková magnetická sila tento stav udržiava.

Z pohľadu dizajnéra to rieši tri problémy naraz: spotrebu energie, tvorbu tepla a riziko vyhorenia cievky. Zvážte inteligentný merač, ktorý funguje nepretržite. Bezprídržná reléová cievka s príkonom 150 mW spotrebuje nepretržite približne 1,3 kWh za rok, zatiaľ čo prídržné relé neodoberá medzi spínacími udalosťami takmer nič. Počas desaťročnej životnosti sa tento rozdiel sčítava.

Ak si potrebujete zopakovať, ako fungujú kontakty a kategórie relé, môžete si prečítať náš článok o ako relé funguje a typy jeho kontaktov .

Ako funguje blokovacie relé?

Dva stabilné štáty

Blokovacie relé má dve mechanicky stabilné polohy. Keď nastavená cievka dostane impulz, kotva sa presunie do zatvorenej polohy a magnetická západka ju tam drží. Keď resetovacia cievka dostane impulz, kotva sa vráti späť a západka ju drží v otvorenej polohe. Kontakty nemenia stav pri prerušení napájania, pretože magnetická západka nezávisí od prúdu cievky.

Dizajn s jednou cievkou verzus dvojcievkový

Hlavným rozhodnutím pri štúdiu schémy zapojenia blokovacieho relé je typ cievky. Relé s jednou cievkou používa obrátenie polarity: jeden vodič je kladný na nastavenie, záporný na resetovanie alebo opačný. Dvojcievkové prídržné relé používa dve nezávislé cievky: jednu na nastavenie a jednu na reset. To zjednodušuje zapojenie, keď potrebujete iba jednoduché ovládanie push-pull alebo keď má IC ovládača iba jeden výstup v každom smere.

Pre návrhy, kde je prijateľná ktorákoľvek možnosť, Elektrické blokovacie relé FH31L s možnosťou jednej cievky a dvoch cievok ponúka obe verzie v kompatibilnom pôdoryse, čo vám dáva flexibilitu bez zmeny dizajnu dosky.

FH31L 80A západkové relé s možnosťou jednej a dvoch cievok Toto 80A západkové relé ponúka verzie s jednou aj dvoma cievkami v kompatibilnom pôdoryse, čo zjednodušuje dizajn dosky. Spĺňa normy IEC62052-31:2005 UC2 a RoHS, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie inteligentných meračov. Zobraziť produkt →

Príklady schémy obvodu blokovacieho relé

Zapojenie s dvojitou cievkou set/reset

V konfigurácii s dvoma cievkami sú nastavovacia cievka a resetovacia cievka zapojené ako samostatné vetvy od kladnej koľajnice k zemi. Stlačenie nastavovacieho tlačidla na chvíľu zopne cievku nastavenia a zopne relé. Stlačením resetovacieho tlačidla sa aktivuje resetovacia cievka a uvoľní sa západka.

Zapojenie s prepólovaním jednej cievky

V konštrukcii s jednou cievkou, nastavenie aj reset používajú rovnakú cievku. Ak chcete prepnúť stav, otočte polaritu napätia aplikovaného na cievku. Typický prístup používa H-mostík alebo dva tranzistory usporiadané v konfigurácii push-pull. Jeden impulz s kladnou polaritou nastaví relé, zatiaľ čo impulz s obrátenou polaritou ho resetuje. Pretože cievka je rovnaká pre obe operácie, pôdorys PCB je menší, ale obvody ovládača sú o niečo zložitejšie.

Blokovacie relé poháňané MCU

Keď mikrokontrolér poháňa západkové relé, môžete použiť dva kolíky GPIO s tranzistormi pre zariadenie s dvoma cievkami alebo ovládač H-bridge pre zariadenie s jednou cievkou. Pretože relé odoberá prúd iba počas spínacieho impulzu, vodič môže byť určený skôr na krátky impulz než na nepretržité zaťaženie. Vďaka tomu sú obvody riadené MCU obzvlášť atraktívne v zariadeniach napájaných z batérie a inteligentných meracích systémoch, kde sa počíta každý miliwatt.

Blokovacie relé verzus neblokovacie relé

Voľba závisí od toho, či vaša aplikácia potrebuje pamäťovú funkciu alebo bezpečnostný stav. Ak strata napájania musí viesť k vypnutému stavu, je bezpečnejšie relé bez blokovania. Ak si zariadenie musí zachovať svoj stav a obnoviť správnu polohu po prerušení napájania, je vhodnejšie použiť blokovacie relé.

Ako si vybrať správne blokovacie relé

Napätie cievky

Prispôsobte napätie cievky vašej napájacej koľajnici. Bežné hodnoty zahŕňajú 5V, 12V a 24V. Cievka dimenzovaná na 12 V prevádzkovaná pri 5 V nebude spoľahlivo zablokovať a prepätie môže poškodiť izoláciu. Ak váš obvod používa obrátenie polarity, uistite sa, že ovládač môže poskytnúť pozitívne aj negatívne impulzy čisto.

Typ cievky

Voľba medzi single-coil a dual-coil závisí od vášho obvodu ovládača. Dual-coil ponúka jednoduchšiu logiku ovládania, pretože nastavenie a reset sú nezávislé. Single-coil používa menej svoriek, ale vyžaduje prepólovanie, čo zvyšuje počet komponentov ovládača. Pre dizajn s obmedzeným priestorom PCB je často jednoduchšie smerovať dvojcievkové zariadenie s kompaktným vývodom.

Konfigurácia kontaktu

Vyberte kontaktný formulár podľa vášho zaťaženia. SPST je najjednoduchší, ale SPDT a dvojkontaktné štruktúry umožňujú ovládať dva okruhy súčasne. Rozdvojené kontakty zlepšujú spoľahlivosť pri prepínaní nízkoprúdových signálov a sú užitočné, keď potrebujete spínať napájacie aj pomocné signály z jedného relé.

Hodnoty zaťaženia

Dôležitý je spínací prúd, napätie a nárazový prúd. S odporovými záťažami sa manipuluje ľahšie ako s indukčnými alebo kapacitnými záťažami, ktoré vytvárajú prechodné javy, ktoré môžu zvárať kontakty. Pre aplikáciu 16A až 20A s požiadavkami na schválenie UL a CQC, Blokovacie relé FH42L s UL a CQC zhodou je praktickou možnosťou, pretože je testovaný pre globálne trhy a používa štandardné usporiadanie PCB terminálov.

FH42L 16A/20A západkové relé so schválením UL a CQC Toto 16A/20A západkové relé certifikované podľa UL a CQC poskytuje spoľahlivé spínanie pre globálne trhy. Jeho 5KV prierazné napätie a 250mW napájanie cievky vyhovujú inteligentným domácim a ovládacím doskám meračov. Zobraziť produkt →

Riešenie bežných problémov s blokovacím relé

• Relé nemení stav: Skontrolujte napätie cievky a ovládač. Zabezpečte, aby trvanie impulzu bolo aspoň 20 ms až 50 ms, aby sa kotva úplne rozbehla.
• Relé nebude držať stav: Skontrolujte magnetickú západku. Príliš krátky impulz môže opustiť kotvu v medzipolohe, takže západka úplne nezapadne.
• Kontakty sa prilepia alebo privaria: Znížte nábehový prúd alebo použite kontaktný materiál dimenzovaný pre záťaž, ako je AgSnO2, ktorý odoláva erózii oblúka lepšie ako kontakty len striebra.
• Hluk alebo falošné spínanie: Pridajte spätné diódy cez cievku, najmä v obvodoch s dvoma cievkami, a odfiltrujte hlučné napájacie vedenia s malým kondenzátorom v blízkosti relé.

Aplikácie, kde žiaria západkové relé

Blokovacie relé sú bežné v inteligentných elektromeroch, pretože relé musí zostať v danom stave po dlhú dobu bez vybitia elektromera. Sú tiež široko používané v inteligentnom riadení domáceho osvetlenia, nabíjacích hromadách, priemyselnej automatizácii a nových energetických systémoch. V týchto prostrediach schopnosť udržať stav bez nepretržitého napájania cievky znižuje samozahrievanie a predlžuje životnosť zostavy PCB.

Pre aplikácie inteligentného merača a riadenia osvetlenia je Západkové relé W30L určené pre inteligentný merač a ovládanie osvetlenia ponúka kompaktný pôdorys a prepínateľný prídržný mechanizmus, vďaka čomu je priamo vhodný pre merače a ovládacie dosky osvetlenia. Môžete tiež preskúmať ako Fanhar podporuje aplikácie inteligentných elektromerov aby ste videli, ako sa tieto komponenty integrujú do produkčných nasadení.

W30L 40A/50A západkové relé pre inteligentný merač a ovládanie osvetlenia Toto blokovacie relé zvládne až 50 A s kompaktným pôdorysom a ručným ovládacím spínačom. Je kompatibilný s UL, TUV a CQC, vďaka čomu je priamo vhodný pre aplikácie na ovládanie meračov a osvetlenia. Zobraziť produkt →

FAQ

Q1: Potrebujú západkové relé konštantný výkon?

Nie. Blokovacie relé potrebuje na prepínanie stavov iba impulz. Po prepnutí magnetická západka drží kontakty na mieste bez nepretržitého prúdu cievky, takže cievka nespotrebováva žiadnu energiu, keď je relé nečinné.

Q2: Čo je lepšie: s jednou cievkou alebo s dvoma cievkami?

Závisí to od vodiča. Dual-coil sa ľahšie ovláda pomocou jednoduchých GPIO, pretože nastavenie a reset sú nezávislé. Jedna cievka šetrí terminály, ale vyžaduje obvody na prepólovanie, ako napríklad H-most. Ak optimalizujete priestor na DPS, zvyčajne je vhodná duálna cievka s kompaktným usporiadaním svoriek.

Otázka 3: Môže blokovacie relé zlyhať pri otvorení alebo zatvorení?

áno. Mechanické opotrebovanie, zvárané kontakty alebo zlyhaná magnetická západka môžu spôsobiť oba spôsoby zlyhania. Správny výber záťaže, adekvátny pohon cievky a relé s robustnou štruktúrou kontaktov pomáhajú predchádzať týmto poruchám.

Q4: Aký dlhý by mal byť riadiaci impulz?

Pre 12V alebo 24V prídržné relé zvyčajne stačí 20 ms až 50 ms. Dlhšie impulzy nepoškodia relé, ale plytvajú energiou, zatiaľ čo extrémne krátke impulzy nemusia úplne rozhýbať kotvu a môžu spôsobiť nespoľahlivé spínanie.

Záver

Schéma zapojenia blokovacieho relé je ľahko čitateľná, keď viete, či zariadenie používa jednu alebo dve cievky. Akonáhle je typ cievky jasný, zapojenie sa riadi predvídateľným vzorom a hlavná konštrukčná práca sa presunie na výber správneho napätia cievky, menovitých hodnôt kontaktu a ochranných komponentov. V prípade inteligentných meračov, riadenia osvetlenia a nových energetických zariadení je ťažké zladiť úsporu energie a dlhodobú spoľahlivosť relé s blokovaním s alternatívou bez blokovania.