Một số cách để sử dụng rơle hiệu quả hơn là gì?

Chúng ta dường như thường sử dụng bộ vi điều khiển để điều khiển rơle và vi điều khiển 5 V thường được sử dụng với rơle 12 V. Rơle có thể cần nhiều năng lượng hơn nhiều lần so với vi điều khiển. Không có vấn đề gì nếu bạn có thể sử dụng SSR, bạn có thể lái xe ở một vài mA, nhưng có những tình huống bạn cần một rơle điện cơ. Khi, là một cuộc thảo luận khác. Ở đây tôi sẽ tập trung vào cơ điện. Vì vậy, một số cách để sử dụng các rơle hiệu quả hơn là gì?

Điều này đang trở thành một câu trả lời khá dài, nhưng tôi đã thêm rất nhiều hình ảnh đẹp, khiến bạn không ngủ được ;-)

Tôi biết về rơle có thể khóa được và chúng là những người tiết kiệm lớn, nhưng ở đây tôi sẽ thảo luận tất cả các giải pháp khác nhau cho cùng một rơle không chốt, trong trường hợp bạn không muốn sử dụng rơle chốt. Đó có thể là cho phản hồi, hoặc lý do ổ đĩa phức tạp hơn, ví dụ. (Một cách để nhận phản hồi là sử dụng một tiếp điểm của rơle hai cực, nhưng sau đó bạn giảm nó thành một rơle một cực. Ba rơle ba cực tồn tại, nhưng rất tốn kém.)
Dù sao, đây là về khả năng thông thường, chi phí thấp của bạn rơle. Tôi sẽ sử dụng rơle này để tham khảo.

Sê-ri điện trở
Một cách rẻ tiền và đơn giản để giảm công suất và áp dụng cho hầu hết các rơle. Xem ra phải vận hành điện áp trong biểu dữ liệu, đôi khi được gọi là "điện áp kéo vào". Đối với phiên bản tiêu chuẩn 12 V của rơle trên đó là 8.4 V. Điều đó có nghĩa là rơle 12 V cũng sẽ hoạt động nếu bạn áp dụng tối thiểu 8.4 V cho nó. Lý do cho biên độ rộng này là 12 V cho rơle thường không được điều chỉnh và có thể thay đổi, ví dụ với dung sai điện áp lưới điện. Kiểm tra lề trên 12 V trước khi làm điều này.
Hãy giữ một chút lề và đi trong 9 V. Rơle có điện trở cuộn dây 360 360, sau đó điện trở sê-ri 120 will sẽ làm giảm 3 V và còn lại 9 V cho rơle. Công suất tiêu tán là 300 mW thay vì 400 mW, tiết kiệm điện năng 25%, chỉ với một điện trở nối tiếp.

Trong biểu đồ này và các biểu đồ khác, sức mạnh của giải pháp chung được thể hiện bằng màu xanh lam, được chuẩn hóa cho đầu vào 12 V và giải pháp cải tiến của chúng tôi có màu tím. Trục x hiển thị điện áp đầu vào.

Bộ điều chỉnh LDO
Với điện trở sê-ri, mức tiết kiệm điện là 25% không đổi, tỷ lệ của các điện trở của chúng tôi. Nếu điện áp tăng thì công suất sẽ tăng theo phương trình bậc hai. Nhưng nếu chúng ta có thể giữ điện áp rơle không đổi, độc lập với điện áp nguồn của chúng ta, nguồn sẽ chỉ tăng tuyến tính với điện áp đầu vào tăng. Chúng ta có thể làm điều này bằng cách sử dụng LDO 9 V để cấp nguồn cho rơle. Lưu ý rằng so với điện trở sê-ri, điều này tiết kiệm điện năng hơn ở điện áp đầu vào cao hơn, nhưng ít hơn nếu điện áp đầu vào giảm xuống dưới 12 V.
Tiết kiệm điện: 25%.

Rơle nhạy cảm
Đây là cách đơn giản nhất để giảm mạnh điện năng: sử dụng phiên bản nhạy cảm của rơle. Rơle của chúng tôi có sẵn trong một phiên bản tiêu chuẩn cần 400 mW, và một phiên bản nhạy cảm, hài lòng với một nửa số đó.
Vậy tại sao không luôn luôn sử dụng rơle nhạy cảm? Đầu tiên, không phải tất cả các rơle đều thuộc loại nhạy cảm và khi chúng thường có các hạn chế, như không có các tiếp điểm thay đổi (CO) hoặc dòng chuyển mạch giới hạn. Chúng cũng đắt hơn. Nhưng nếu bạn có thể tìm thấy một ứng dụng phù hợp với ứng dụng của bạn, tôi chắc chắn sẽ xem xét nó.
Tiết kiệm điện: 50%.

Rơle 12 V ở 5 V
Ở đây chúng ta đến Real Savings ™. Đầu tiên chúng ta sẽ phải giải thích hoạt động 5 V. Chúng tôi đã thấy rằng chúng tôi có thể vận hành rơle ở 9 V, vì "điện áp phải hoạt động" là 8.4 V. Nhưng 5 V thấp hơn đáng kể, vì vậy nó sẽ không kích hoạt rơle. Tuy nhiên, có vẻ như "điện áp phải hoạt động" chỉ cần thiết để kích hoạt rơle; một khi nó được kích hoạt, nó sẽ vẫn hoạt động ngay cả ở điện áp thấp hơn nhiều. Bạn có thể dễ dàng thử điều này. Mở rơle và đặt 5 V trên cuộn dây, và bạn sẽ thấy nó không kích hoạt. Bây giờ hãy đóng liên lạc bằng đầu bút chì và bạn sẽ thấy nó vẫn đóng. Tuyệt quá.

Có một nhược điểm: làm thế nào để chúng ta biết điều này sẽ hoạt động cho rơle của chúng ta? Nó không đề cập đến 5 V ở bất cứ đâu. Những gì chúng ta cần là "điện áp giữ" của rơle, cung cấp điện áp tối thiểu để duy trì kích hoạt, và thật không may, điều đó thường bị bỏ qua trong bảng dữ liệu. Vì vậy, chúng ta sẽ phải sử dụng một tham số khác: "phải giải phóng điện áp". Đó là điện áp tối đa mà rơle sẽ đảm bảo tắt. Đối với rơle 12 V của chúng tôi là 0,6 V, rất thấp. "Điện áp giữ" thường chỉ cao hơn một chút, như 1,5 V hoặc 2 V. Trong nhiều trường hợp, 5 V đáng để mạo hiểm. Không phải nếu bạn muốn chạy sản xuất thiết bị 10k / năm mà không hỏi ý kiến ​​nhà sản xuất của rơle; bạn có thể có rất nhiều lợi nhuận.

Vì vậy, chúng ta chỉ cần điện áp cao trong một thời gian rất ngắn, và sau đó chúng ta có thể giải quyết cho 5 V. Điều này có thể dễ dàng đạt được với một mạch RC song song nối tiếp với rơle. Khi rơle được bật, tụ điện được phóng điện và do đó ngắn mạch điện trở song song, sao cho toàn bộ 12 V nằm trên cuộn dây và nó có thể kích hoạt. Các tụ điện sau đó được tích điện và sẽ có sự sụt giảm điện áp trên điện trở làm giảm dòng điện.

Điều này giống như trong ví dụ đầu tiên của chúng tôi, chỉ sau đó chúng tôi đã sử dụng điện áp cuộn dây 9 V, bây giờ chúng tôi muốn 5 V. Máy tính! 5 V trên cuộn dây 360 Ω là 13,9 mA, khi đó điện trở phải là (12 V - 5 V) / 13,9 mA = 500. Trước khi chúng ta có thể tìm thấy giá trị cho tụ điện, chúng ta phải tham khảo bảng dữ liệu một lần nữa: thời gian hoạt động tối đa là tối đa 10 ms. Điều đó có nghĩa là tụ điện nên sạc đủ chậm để vẫn có 8.4 V trên cuộn dây sau 10 ms. Đây là điện áp của cuộn dây theo thời gian sẽ như thế nào:

Giá trị R cho hằng số thời gian RC là 500 Ω song song với 360 coil của cuộn dây, do Thévenin. Đó là 209. Phương trình của đồ thị là

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

$V_{COIL}$$t$$R$$C$

Vì vậy, ở trạng thái ổn định, chúng ta có điện trở 860 thay vì 360. Chúng tôi đang tiết kiệm 58% .

Rơle 12 V ở mức 5 V, phục hồi
Giải pháp sau đây cho chúng ta mức tiết kiệm tương tự ở mức 12 V, nhưng với bộ điều chỉnh điện áp, chúng ta sẽ giữ điện áp ở mức 5 V, ngay cả khi điện áp đầu vào sẽ tăng.

Điều gì xảy ra khi chúng ta đóng công tắc? C1 được sạc nhanh tới 4.3 V qua D1 và R1. Đồng thời C2 được sạc qua R2. Khi đạt đến ngưỡng của công tắc tương tự, công tắc trong IC1 sẽ chuyển đổi và cực âm của C1 sẽ được kết nối với +5 V, để cực dương chuyển sang 9.3 V. Điều đó đủ để rơle kích hoạt và sau khi C1 được xả rơle được cung cấp bởi 5 V đến D1.

Vì vậy, những gì chúng ta đạt được? Chúng ta có 5 V / 360 = 14 mA thông qua rơle và đến từ 12 V qua LM7805 hoặc tương tự là 167 mW thay vì 400 mW.
Tiết kiệm điện: 58%.

Rơle 12 V ở 5 V, tiếp tục 2
Chúng ta có thể làm tốt hơn nữa bằng cách sử dụng SMPS để lấy 5 V từ nguồn điện 12 V của chúng ta. Chúng tôi sẽ sử dụng cùng một mạch với công tắc tương tự, nhưng chúng tôi sẽ tiết kiệm được nhiều hơn. Với SMPS hiệu quả 90%, chúng tôi có mức tiết kiệm năng lượng 80% (!) .

(biểu đồ được thực hiện với Mathicala)

stevenvh đã đưa ra một câu trả lời tuyệt vời, nhưng có một giải pháp không được liệt kê mà tôi sử dụng mỗi khi tôi có thể: chuyển tiếp bước.

Chúng chỉ tiêu thụ năng lượng khi thay đổi trạng thái chuyển tiếp.

Tất nhiên, nó làm cho các thiết bị điện tử phức tạp hơn vì bạn cần một cách để biết trạng thái chuyển tiếp khi vi điều khiển khởi động, nhưng trong nhiều trường hợp, nó tiết kiệm rất nhiều năng lượng. Trong hệ thống tự động hóa nhà của tôi, việc thay thế 24 rơle "tiêu chuẩn" bằng các bước đã tiết kiệm gần 98% năng lượng tiêu thụ của bảng vi điều khiển.

Vì vậy, một số cách để sử dụng các rơle hiệu quả hơn là gì?

Dưới đây mô tả hệ thống hiệu quả nhất về nguyên tắc có thể được sử dụng với rơle không chốt "bình thường". Mạch này sẽ hoạt động với rơle tham chiếu của Steven - hoặc bất kỳ rơle nào khác.

• Mạch bên dưới sử dụng cuộn dây rơle làm cuộn cảm trong bộ biến đổi buck để đạt được mức tiết kiệm điện tốt hơn nhiều lần so với các sơ đồ điều chỉnh tuyến tính tốt nhất có thể đạt được. Nó không thể cạnh tranh trong thời gian dài với hiệu quả dòng điện bằng không của các giải pháp rơle cơ hoặc rơle bước, nhưng NHƯNG có thể được thực hiện với bất kỳ rơle tiêu chuẩn & không thay đổi nào.

  Nếu hiệu quả của chuyển đổi là chỉ số duy nhất thì sơ đồ này vượt trội hơn bất cứ thứ gì có thể đạt được đối với điện áp giữ dưới 50% nguồn cung cấp, và sẽ vượt trội trong hầu hết các trường hợp.

  Số lượng thành phần cao hơn so với các sơ đồ dựa trên điện trở hoặc bộ điều chỉnh đơn giản nhưng khiêm tốn khi tiết kiệm điện là rất quan trọng. Yêu cầu như hình dưới đây là 2 bóng bán dẫn "thạch", 8 điện trở, 2 điốt, một diode zener và 2 tụ điện. Điều này có thể được giảm nhẹ với sự cẩn thận.

  Nếu muốn, một hệ thống điều chỉnh buck dựa trên IC có thể được sử dụng thay thế, vẫn sử dụng cuộn dây rơle làm cuộn cảm.

Mạch hoàn toàn tuyệt vời dưới đây được đóng góp bởi Richard Prosser để đáp ứng với thách thức thiết kế bộ điều chỉnh chuyển mạch chi phí thấp mà tôi đã đưa ra? 8 năm trước. Mặc dù số lượng thành phần cao hơn một chút so với nhiều giải pháp tiết kiệm năng lượng khác, nhưng giải pháp này thường sẽ hiệu quả hơn và hiệu quả hơn nhiều so với các giải pháp thay thế thông thường, và thực sự nổi bật khi điện áp giữ rơle V_keep_in nhỏ hơn nhiều so với điện áp cung cấp. Trong ví dụ hiển thị điện áp cung cấp là 20V đến 70V nhưng mạch có thể được thiết kế cho bất kỳ phạm vi điện áp hợp lý nào.

Như được hiển thị ở đây, mạch điều khiển một rơle ở dòng điện không đổi. Các đặc tính bật nguồn có thể dễ dàng được thay đổi để ban đầu cung cấp dòng điện cao hơn, nhưng mạch như được hiển thị thường sẽ rất chấp nhận được.

Điểm sáng nhất của mạch là việc thực hiện một ổ đĩa dòng không đổi đến cuộn dây rơle sử dụng chính cuộn cảm rơle làm cuộn cảm trong bộ điều chỉnh buck. Điện áp ứng dụng được giảm xuống bất kỳ điện áp nào được yêu cầu để cung cấp mức ổ đĩa cần thiết. Điều này có thể được mặc dù và được thiết kế như là điều khiển cuộn dây ở điện áp xác định hoặc dòng điện xác định.

Ngay cả ở điện áp ứng dụng rất cao trong đó hiệu suất thấp hơn (có thể thấp đến khoảng 50% ở mức Vin rất cao), việc tiết kiệm điện là rất đáng kể.
Xem xét - nếu rơle giữ điện áp là 5V và điện áp cung cấp là 30V. Một điện trở nối tiếp hoặc bộ điều chỉnh tuyến tính không thể đạt được hiệu quả tốt hơn Vrelay / Vsupply = 5/30 ~ = 16%. NHƯNG điều này đòi hỏi dòng giữ rơle ở mức 5V phải được cung cấp từ nguồn 30V nên công suất tiêu tán = Ikeepin x 30. Khi bộ chuyển đổi buck được sử dụng công suất = Vrelay x I Holdin x 100% / hiệu suất%.
Với hiệu suất 50%, mức tăng là hệ số 30V / 5V x 50/100 = 3: so với mức tốt nhất có thể đạt được với hệ thống không chuyển đổi.

• Hệ số giảm công suất = Vsupply / Vkeepin x hiệu suất% / 100%

Một lần nữa, đây là mức tăng tương đối với hệ thống tuyến tính tốt nhất có thể đạt được.

Mô tả hoạt động đơn giản - chi tiết hơn có sẵn nếu được yêu cầu:

Gọi zener Z1. Điện áp Zener Vz1.

Cơ sở Q1 được giữ ở điện áp tham chiếu bởi Vz1 chia cho R9, R2.
Khi Irelay = 0, Q1_E =) nên Q1 trên nên Q2 trên để I_relay tăng.
Khi Irelay tăng, V_R7 tăng cho đến khi Q1E đủ cao để bắt đầu tắt Q1.
Q1 tắt tắt Q2 và chuyển tiếp dòng điện "tự do thông qua D3, R7.
R 1, C2 tạo thành một độ trễ tiome trong việc cảm nhận sự sụt giảm của V_R7 khi I_relay rơi xuống để cung cấp độ trễ.
Nhiều tương tác khác xảy ra nhưng chúng chỉ là tác dụng phụ ở trên.

"Bộ điều chỉnh chuyển mạch đen" - của Roman Black:

"Bộ điều chỉnh chuyển mạch đen" tương đối nổi tiếng được lấy từ mạch này do hậu quả của thách thức thiết kế.

Cicic liên kết bị hỏng nhưng

Thảo luận

Bố trí PCB chưa được kiểm tra ở đây - sự nhạy bén quá mức có thể rút ra mạch từ điều này một cách dễ dàng.

Ừm.
Dưới đây là phiên bản nghệ thuật ASCII tôi đã lưu trên đĩa, có lẽ là bản sao từ trang web gốc. Hiệu suất không phải là tuyệt vời wrt effiicncy hoặc Vout droop với tải hoặc Vin, nhưng nó rẻ :-). GSR "của tôi" sử dụng thêm một bóng bán dẫn nên không hoàn toàn tối giản về chi phí thành phần, nhưng nhìn chung có thông số kỹ thuật tốt hơn nhiều. Nhưng nó là một câu chuyện khác.

Rơle bước được đề cập bởi Axeman.

Ngoài ra còn có rơle chốt chốt .

Một mạch có thể đủ dễ dàng được tạo ra để lưu trữ năng lượng và áp dụng nó vào cuộn dây khi tháo nguồn khỏi đầu vào chính, do đó làm cho hoạt động bên ngoài giống hệt với rơle cuộn dây đơn thông thường.

Dưới đây - một phiên bản của rơle chốt - một số có cuộn khử năng lượng riêng:

Bạn có thể muốn kiểm tra một ý tưởng thiết kế EDN gần đây .

Về cơ bản, bạn kết thúc với một số nhân DC và một bóng bán dẫn duy nhất để bật và tắt nó. Hệ số nhân cung cấp cho "cú đá" ban đầu mà bạn cần, nhưng sau đó điện áp trạng thái ổn định của nó thấp hơn nhiều. Không có bất cứ điều gì quan trọng trong mạch, và nó có thể được điều chỉnh cho hầu hết mọi rơle hoặc điện từ.

Rơle vẫn có nhiều lợi ích so với SSR và tiêu chí lựa chọn sẽ khác nhau khi chọn khối lượng lớn hoặc độ tin cậy cao cho nhu cầu ô tô. Thay đổi thời gian sống là 10e5 và 10e6, khi được sử dụng một cách bảo thủ.

Đối với những người chưa thành thạo trong các lựa chọn chuyển tiếp, việc nâng cao nhận thức về các tính năng phổ biến sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả phù hợp hiệu suất với nhu cầu.

• Rơle sản xuất phải mất hàng thập kỷ kinh nghiệm, việc lựa chọn một nguồn đáng tin cậy đòi hỏi sự chuyên sâu về chất lượng của nhà cung cấp.

• Rơle có hiệu quả có sức mạnh và mức tăng hiện tại giống như bóng bán dẫn.

  • Hãy xem xét các công tắc bóng bán dẫn điện, với hFE là 100, khi hoạt động ở chế độ bão hòa, người ta cần thiết kế với mức tăng hiện tại từ 5 đến 10 trong mạch.
  • Rơle không có vấn đề bù hoặc ESD với cách điện> 1 kV điển hình và mức tăng hiện tại từ 50 đến 100 là phổ biến. Tăng thêm lợi ích trên rơle hiệu quả điện áp cuộn giảm.

• Rơle có các mô tả Yếu tố hình thức chung cho SPST, SPDT, 2P2T ... 6P2T (ví dụ về chuyển đổi)

  • Rơle có thể được xác định bởi số cực và tiếp điểm hoặc "ném" nhưng mô tả được tiêu chuẩn hóa sử dụng các yếu tố Mẫu.
  • Double Ném hoặc DT có 3 dạng, tùy thuộc vào 3 vị trí được chỉ định là "cực" và hai vị trí còn lại là "ném" được chỉ định là Thường đóng hoặc Mở (NC / NO) và được gọi là Mẫu A, Mẫu B, Mẫu C.
  • Một ví dụ về DPDT trong Mẫu A được gọi là "2-Mẫu A" đôi khi viết tắt 2FA
  • Các Biểu mẫu này có số pin tiêu chuẩn hoặc vị trí cho DIP-14, Ô tô, Rơle điện (mục đích chung) ", rơle tín hiệu (ví dụ như điện thoại), Rơle RF, Rơle,> = Rơle 100A (còn gọi là Contactor), v.v.

Các cách sử dụng Rơle (đọc .. thấp hơn MTBF)

• Sử dụng tiếp điểm định mức 1 A cho 10mA. Tín hiệu dòng điện thấp cần các tiếp điểm mạ vàng để ngăn chặn quá trình oxy hóa, điều này làm cho một tiếp xúc hoàn toàn tốt vào một chất cách điện.
• Sử dụng rơle tín hiệu 100mA với mạ Au trên thiết kế công suất thấp nhưng có Mũ lớn tạo ra các luồng lớn cho tấm vàng flash và đốt cháy.
• Sử dụng nắp ESR nhỏ nhưng thấp. trên các tiếp điểm của các tiếp điểm nguồn được sử dụng không thường xuyên hoặc được sử dụng nhẹ. Cách điện oxit điện môi được đốt cháy mỗi lần đóng hợp đồng của nắp. và tín hiệu của bạn có thể được bật trên rơle công suất định mức (đọc ... không mạ vàng). Đây là một giải pháp tuyệt vời cho tôi vào năm 1977 khi tôi thiết kế một hộp có rơle 96x 15 ~ 30A với mỗi tiếp điểm phụ để cảm nhận trạng thái chuyển tiếp từ xa. Dòng điện TTL không đủ để "làm ướt" các tiếp điểm cảm giác, nhưng việc bổ sung một nắp tantalum nhỏ kéo lên V + với R lớn, đã khắc phục vấn đề độ tin cậy của các tiếp điểm dự phòng.
• Sử dụng một nguồn cung cấp yếu để lái cuộn dây. Điều này có thể làm cho cuộn dây rơle giảm xuống dưới mức điện áp tối thiểu cần thiết và nếu có tải phản ứng có lực đẩy đáng kể và độ nảy tiếp xúc quá mức từ ổ đĩa cuộn yếu gây ra "tiếng kêu tiếp xúc"
• đừng quên đặt điốt kẹp trên các cuộn dây được định mức cho> gấp đôi điện áp cung cấp.
• không đặt cuộn dây rơle trên các đường dây Analog Power V + nhạy cảm.
• không sử dụng rơle không được che chắn gần các mạch từ nhạy cảm, ví dụ như radio, v.v. mà không nhận thức được sự định hướng của nhiễu EMC.

• Khi bạn xem xét các phương pháp phức tạp để tiết kiệm điện áp cuộn dây, hãy kiểm tra độ tin cậy hàng trăm và thêm 6sigma cho thoát / thất bại sản xuất trên bất kỳ thiết kế nào cho MTBF và xem xét tất cả các yếu tố căng thẳng như nhiệt độ, độ rung, độ cao, độ ẩm, v.v ...

• Một công dụng tuyệt vời của rơle là tắt mạch "khởi động mềm" một giây trở lên sau khi bật nguồn để cải thiện hiệu quả và tránh tăng đột biến. Nó có thể ngăn chặn sự đột biến trong khi gián đoạn năng lượng tạm thời bằng cách sử dụng PTC đơn giản để khởi động mềm. Điều này gây ra hiệu quả thấp hơn trong giây lát nhưng bảo vệ các thành phần quan trọng hoặc thông số kỹ thuật đi ra. với dòng tăng đầu vào thấp.

Hãy thêm vào danh sách của tôi.

bạn có thể giảm một nửa dòng rơle với một tụ điện và điện trở. các tụ điện cung cấp cho rơle khi khởi động, điện trở làm giảm dòng giữ.