Моностабильное реле – Бистабильные реле

коммутация мощных нагрузок / Unwired Devices LLC corporate blog / Habr

Привет, Geektimes!

Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.

Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.

Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.

Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:

• Гальваническая развязка входа и нагрузки
• Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
• Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности

Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.

Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.

Включаем:

Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи. Ожидаемо.

Выключаем:

Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.

Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.

Включаем:

Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.

Выключаем:

Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.

Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.

Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.

А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.

Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.

Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.

Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.

Включение:

Выключение:

Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.

Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:

Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.

Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.

habr.com

Высокочастотные реле для измерительного оборудования и средств связи

Высокочастотные электромеханические реле, используемые в разнообразных средствах связи при передаче аудио- и видеоданных, обладают значительными преимуществами по сравнению с полупроводниковыми, прежде всего – по отсутствию искажения сигнала и подавлению помех. Ведущими поставщиками таких изделий на рынок электроники являются компании TE Connectivity и Omron.

Среди многообразия сигнальных реле отдельно стоит такой класс как высокочастотные реле, специально предназначенные для переключения ВЧ-сигналов. В силу особых применений, к высокочастотным реле предъявляются специфические требования, обычно не столь важные для электромеханических реле общего назначения. Одним из принципиальных моментов являются номиналы и стабильность волнового сопротивления контактов. Выделяют два стандартизированных импеданса: 50 и 75 Ом. Также предъявляются жесткие требования к затуханию и экранированию. Сферой применения таких реле обычно являются средства связи и измерительная техника. Сюда, как правило, входят системы управления сотовой связи, кабельного телевидения, телефонных линий, сетевое оборудование, измерительная и испытательная техника для анализа высокочастотных трактов.

Одним из передовых производителей высокочастотных реле является компания TE Connectivity. Наиболее популярными выпускаемыми сериями являются HF3, HF3S и HF6 (рисунок 1).

Рис. 1. Внешний вид реле: а) HF3; б) HF3S, (в) HF6

Все реле имеют схожий форм-фактор и предназначены для поверхностного монтажа. Они выполнены в герметичных корпусах, имеют надежную внутреннюю экранировку контактов для подавления паразитных высокочастотных сигналов. Этим объясняется большое число выводов – это контакты заземления внутреннего экранирования. Помимо этого, серии HF3S и HF6 имеют и внешнее экранирование. Можно отметить и широкий диапазон рабочих температур: -55…85°С [1, 2, 3].

Реле семейства HF упакованы в миниатюрные корпуса, и их габаритные размеры практически идентичны. Самым большим является HF6: его габаритные размеры – 14,9×7,5×10,5 мм. Это позволяет достичь высокой плотности компоновки элементов на плате. Как уже отмечалось выше, основными параметрами высокочастотного реле являются частота коммутации и волновое сопротивление. HF3 и HF3S способны работать с частотами до 3 ГГц, имеют импеданс 50 и 75 Ом, но отличаются по коммутируемой мощности – 50 Вт для HF3 и 150 Вт для HF3S [1, 2]. HF6 с импедансом 50 Ом работают на частоте до 6 ГГц при коммутируемой мощности в 50 Вт [3].

Реле HF комплектуются одним перекидным контактом (1CO), моностабильными и бистабильными магнитными системами с одной или двумя управляющими катушками. Управляющее напряжение лежит в пределах 3…24 В. Для всех серий реле структура внутренних соединений является одинаковой (рисунок 2).

Рис. 2. Внутренние соединения HF3, HF3S и HF6: а) моностабильное; б) бистабильное с одной катушкой; в) бистабильное с двумя катушками

Установочные размеры, а следовательно – и посадочные места внутри серий, несколько различаются в зависимости от импеданса.

Хорошо зарекомендовавшее себя семейство HF предназначено для использования в измерительном и испытательном оборудовании, АТС, беспроводных базовых станциях и антеннах (GSM, UMTS, CDMA), беспроводной инфраструктуре, спутниковых и кабельных аудио- и видеотюнерах, радиоусилителях мощности, ВЧ-фильтрах большой емкости в высокочастотных коммутационных схемах.

Рис. 3. Внешний вид реле G6K-RF

Еще одним лидером на рынке электромеханических реле является компания Omron. В портфолио этой компании есть интересная серия высокочастотных реле с самой маленькой монтажной площадью в мире – серия G6K-RF (рисунок 3) [4].

Габаритные размеры представленного реле составляют всего лишь 10,3х6,9х5,4 мм, что позволяет достичь еще более высокой плотности монтажа на плате и экономит до 56% монтажной поверхности в сравнении с аналогами. Реле выпускается в трех вариантах: стандартном (G6K-2F-RF), миниатюрном с уменьшенной длиной до 10,3 мм (G6K-2F-RF-S) и высокочастотном с поддержкой полосы до 3 ГГц (G6K-2F-RF-T). Заявленный вес составляет всего 0,95 г.

G6K-RF имеют две группы перекидных контактов (DPDT/2C) и способны работать на частотах до 3 ГГц при импедансе 50 Ом. Отличаются низким энергопотреблением в 100 мВт. Уровень управляющего напряжения катушки лежит в пределах 3…24 В. Диапазон рабочих температур: -40…70°С при отсутствии инея и конденсата [5].

Реле G6K-RF рекомендовано к использованию в оборудовании связи, системах телевидения и радиовещания, измерительном, испытательном и медицинском оборудовании.

Краткий сравнительный анализ высокочастотных реле

Рассматриваемые реле имеют схожие параметры. Сводные данные приведены в таблице 1. Несмотря на незначительные отличия, при выборе реле нужно тщательно оценивать характеристики, так как на высоких частотах они могут иметь решающее значение. Как видно из таблицы 1, серия G6K-RF обладает меньшими размерами, имеет на одну переключающую группу контактов больше, а также выигрывает в энергопотреблении, однако уступает в параметрах коммутируемой нагрузки и имеет меньший диапазон рабочих температур.

Таблица 1. Сравнительная таблица основных параметров высокочастотных реле производства компаний TE Connectivity и Omron

Параметры		Наименование
		TE Connectivity			Omron
		HF3	HF3S	HF6	G6K-2F-RF; G6K-2F-RF-S	G6K-2F-RF-T
Контактная группа		1CO (1 form C)			2CO (2 form C)
Частота, ГГц		3		6	1	3
Время срабатывания, мс		3
Время отпускания, мс		4/6*			3
Максимальная коммутируемая мощность, Вт		50	150	50	30 DC/37,5 AC
Максимальное коммутируемое напряжение, В		220 DC/250 AC			60 DC/125 AC
Импеданс, Ом		50/75		50
Мощность, потребляемая обмоткой, мВт		≤140			≤100
Вносимые потери при 1/3/6 ГГц, дБ		(0,12/0,35)/ (0,12/0,40)	0,12/0,30	0,05/0,15/0,80	0,2	0,2/0,6
Изоляция при 1/3/6 ГГц, дБ		72/40	80/(55/50)	80/60/30	20/30 (контакты одинаковой/разной полярности)	18/25 (контакты одинаковой/разной полярности)
Прочность изоляции, VRMS	Открытые контакты	600			750
	Катушка-контакты	1000			750
Номинальное напряжение катушки, В		3; 4,5; 5; 6; 9; 12; 24	3; 4,5; 5; 12; 24	3; 4,5; 5; 6; 9; 12; 24	3; 4,5; 5; 12; 24
Рабочая температура, °С		-55…85			-40…70
Габаритные размеры, ДхШхВ, мм		14,6×7,2×10	14,9×7,5×10,5		10,3х6,9х5,4
Вес, г.		2,5	3		0,95

* – с параллельно подключенным к катушке защитным диодом.

 

Стоит обратить внимание, что в серии G6K-RF не так давно появилась модификация G6K-2F-RF-T, способная работать на частоте 3 ГГц. К основным отличиям модификации относятся максимальная частота и уровень изоляции между линией передачи и внешними элементами конструкции.

Особое внимание нужно обращать на импеданс модели. Прежде всего, он определяет конкретное приложение реле. Для устройств радиосвязи, например, это 50 Ом, для теле- и видеотехники 75 Ом и так далее. В зависимости от его значения меняются некоторые монтажные размеры и величина потерь. В таблице 1 указаны рассматриваемые параметры для значений импеданса 50 и 75 Ом при одинаковой частоте. Например, для реле HF3 при частоте 1 ГГц с импедансом 50 Ом потери составят 0,12 дБ, а с импедансом 75 Ом – 0,35 дБ.

Критерии выбора

Основные эксплуатационные параметры слаботочных сигнальных реле условно можно разделить на две категории: электрические и временные.

К электрическим параметрам относят чувствительность, рабочий ток и напряжение, сопротивление обмотки, сопротивление контактов электрической цепи, коммутационную способность, электрическую изоляцию, вид нагрузки, частоту коммутации, износостойкость.

Временные параметры – время срабатывания, отпускания и дребезга контактов.

Для высокочастотных реле существует дополнительная категория, которая рассматривает процессы при прохождении переменного напряжения высокой частоты. Сюда относится межконтактная емкость, волновое сопротивление, коэффициент стоячей волны, затухание на отключенный канал, коммутируемая и пропускаемая мощности, частота коммутируемого сигнала [6]. Подбор параметров желательно осуществлять с запасом 20%.

 

Заключение

Рассмотренные высококачественные сигнальные реле производства компаний TE Connectivity и Omron позволяют решить большинство соответствующих задач в высокочастотных приложениях. Электромеханические реле, используемые в разнообразных средствах связи, при передаче аудио- и видеоданных, обладают значительными преимуществами по сравнению с полупроводниковыми: механические контакты не искажают сигнал, разомкнутые контакты полностью изолируют высокочастотные сигналы, металлические контакты подавляют отраженный сигнал, высокочастотные характеристики практически не зависят от температуры. Важной особенностью представленных реле также является их разработка в соответствии с требованиями RoHS (Директива об ограничении использования некоторых вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании) и прочих экологических норм. Также реле не содержат галогенов.

Высокая частота работы, возможность размещения реле с высокой плотностью на плате, низкий уровень вносимых помех и другие неоспоримые преимущества делают реле HF3, HF3S, HF6 и G6K-RF одними из лучших на рынке высокочастотных реле. А приобрести их можно у официального дистрибьютора – компании КОМПЭЛ.

 

Литература

1. Ссылка 1;
2. Ссылка 2;
3. Ссылка 3;
4. Ссылка 4;
5. Ссылка 5;
6. Игловский И. Г. Справочник по слаботочным электрическим реле/И.Г.Игловский, Г.В.Владимиров. Ленинград. Энергоатомиздат (2-е издание переработанное и дополненное), 1984 г, стр. 584.

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

Наши информационные каналы

Рубрики: статья

www.compel.ru

G6J-Y – сигнальные реле повышенной надежности

 

Новые компактные сигнальные реле G6J-Y компании OMRON предназначены специально для:

• коммутаторов центральных АТС;
• широкополосных маршрутизаторов;
• измерительных приборов;
• аппаратуры с большим количеством переключаемых каналов с ограничением объема;
• аппаратуры офисной автоматизации;
• аудио- и видеотехники.

Проекция корпуса реле серии G6J-Y на печатную плату составляет всего 5,7×10,6 мм, малая высота корпуса (9 мм) позволяет размещать печатные платы, устанавливаемые в стойку, ближе друг к другу. Можно реализовать монтаж высокой плотности и уменьшить площадь, занимаемую реле на плате, до 56% по сравнению с аналогичными реле других производителей.

G6J-Y имеет конфигурацию контактов DPDT и доступно в двух версиях: моностабильное реле или энергосберегающее бистабильное реле с фиксацией. Би­стабильные реле с фиксацией имеют одну управляющую катушку, они позволяют экономить до 40% энергии, потребляемой реле.

G6J-Y выпускаются в 3-х вариантах корпусов: в SMD-исполнении с короткими или длинными выводами или в исполнении для монтажа в отверстия.

G6J-Y серия включает модели с напряжением управляющей катушки 3; 4,5; 5; 12 или 24 В постоянного тока (см. табл. 1).

Таблица 1. Компактная серия моностабильных реле G6J-Y, монтаж в отверстия

Наименование для заказа	Наименование Омрон	Конфигурация контактов (по разным системам обозначений)		Напряжение катушки, В пост. тока	Ток катушки, мА
G6J2PYDC12	G6J-2P-Y 12 VDC	DPPT	2C	12	12,3
G6J2PYDC24	G6J-2P-Y 24 VDC	DPPT	2C	24	9,2
G6J2PYDC5	G6J-2P-Y 5 VDC	DPPT	2C	5	28,9

Сопротивление контактов реле составляет 100 мОм, они могут переключать нагрузку до 1 А при 30 В постоянного тока и имеют максимальное рабочее напряжение 125 В переменного тока или 110 В постоянного тока. При повышении напряжения допустимый переключаемый ток, естественно, уменьшается.

Реле G6J-Y имеют высокую механическую надежность, они способно выдержать до 50 млн. переключений, электрическая долговечность составляет 100 тыс. переключений при номинальной нагрузке. Реле выдерживает механические удары до 75G при сохранении работоспособности. Диапазон рабочих температур составляет от -40 до 85°C, а относительная влажность воздуха — до 85%.

Тестовое напряжение для проверки электрической прочности изоляции составляет 1,5 кВ переменного тока, а импульсное напряжение 2500 В подается дважды при длительности импульса 10 мкс. Параметры реле G6J-Y соответствуют международным стандартам FCC часть 68, UL60950 и CSA C22.2 № 60950.

Более подробно ознакомиться с параметрами реле G6J-Y можно в фирменном описании http://compel.ru/images/catalog/597/G6J-Y.pdf .

Параметры других сигнальных реле OMRON приведены в каталоге http://compel.ru/catalog/relay/signal/omron и в статье «Обзор сигнальных электромеханических реле OMRON»  .

Ответственный за направление в КОМПЭЛе — Александр Райхман

 

 

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: [email protected]

Наши информационные каналы

Рубрики: статья

О компании Omron

Компания Omron была основана в 1933 году в городе Киото, Япония, и в настоящее время является одним из мировых лидеров в области промышленной автоматизации. Omron — международная организация, ее офисы, исследовательские лаборатории и производственные мощности расположены в 35 странах. Основные направления деятельности компании сосредоточены на поставках средств автоматизации для автомобильной электроники, медицинского оборудования, бытовой техники, а также оснащения промышленных предприят …читать далее

www.compel.ru