Реле моностабильное что это
Миниатюрность и низкое потребление: телекоммуникационные реле серий IM и HF
Телекоммуникационное оборудование предъявляет высокие требования к качеству сигнала связи для обеспечения бесперебойной передачи данных. Чтобы осуществить поставленные задачи, необходимы надежные и качественные комплектующие, в том числе телекоммуникационное реле.
По принципу действия телекоммуникационные реле практически не отличаются от других электромагнитных. В них используется электромагнит и связанная с ним электромеханическая система контактов. Реле данного класса применяются для коммутации активных нагрузок с рабочими токами до 5 А. Приборы этой группы имеют миниатюрные размеры и минимальное энергопотребление, являясь при этом «кирпичиками» более крупных систем.
Концерн TE Connectivity является одним из крупнейших мировых производителей телекоммуникационных реле, чему способствовало поглощение в октябре 2000 года компании Axicom, которая занимала лидирующие позиции в этом секторе мирового рынка. Самыми популярными устройствами в этом классе являются реле серий IM и HF [1].
Телекоммуникационные реле серии IM
Реле серии IM применяются в системах связи и телекоммуникации, офисном, медицинском оборудовании, сфере автоматизации и сигнализации, контрольно-измерительной технике и маломощной интерфейсной схемотехнике, бытовой электронике и др. Данный вид используется в аппаратуре с минимальным потреблением энергии в режиме StandBy.
Серия IM четвертого поколения — наиболее миниатюрные реле для коммутации сигналов. Малогабаритный корпус позволяет экономить место на печатной плате и производить более плотный монтаж элементов.
Основные технические характеристики этой серии реле:
Выпускаются моностабильные и бистабильные варианты реле. Моностабильное реле при снятии питания всегда принимает исходное положение, оно не имеет фиксации контактов. Реле с бистабильной магнитной системой сохраняет свое текущее положение после снятия управляющего напряжения, что позволяет существенно снизить необходимую для его управления энергию. Следует учесть, что для переключения бистабильного реле необходимо реверсировать полярность управляющего напряжения, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Схема управления реле серии IM
Серия IM довольно широка. Чтобы подобрать необходимое реле, нужно знать правила кодирования его типономинала. В общем случае типономинал реле серии IM записывается в виде IMКЧНИМУ, где:
Рис. 2. Способы монтажа на печатную плату реле серии IM
Приведем пример расшифровки типономинала реле IMB06CGR:
Телекоммуникационные реле серии HF
Среди сигнальных реле особую нишу занимают высокочастотные, так как к ним предъявляются особые требования. Одним из принципиальных моментов при создании высокочастотного оборудования является необходимость обеспечения определенного волнового сопротивления всех участков тракта, включая такие его элементы, как разъемы и реле. Поэтому и были разработаны электромагнитные реле с импедансом 50 и 75 Ом, специально предназначенные для переключения сигналов высокой частоты.
Особенностью данного типа реле является использование не только покрытия самой контактной группы редкоземельными и благородными металлами (золото, серебро, рутений), но и серебрение проводников, соединяющих выводы и группу контактов. Выводы должны иметь минимальное сопротивление сигналу и как можно меньше влиять на его затухание на высоких частотах. Кроме того, реле должно иметь надежную внутреннюю экранировку контактов для подавления паразитного проникновения высокочастотных сигналов. Поэтому в данный вид реле добавлены дополнительные выводы, предназначенные для подключения внутреннего экрана к «земле».
Последней по времени разработкой являются реле серий HF (рис. 3).
Рис. 3. Типовое обозначение реле серии IM
Технические особенности реле серии HF3:
Технические особенности реле серии HF6:
Чтобы подобрать необходимое реле, нужно знать правила кодирования его типономинала. В общем случае типономинал реле серии HF записывается в виде HFЧИНМ, где:
Приведем пример расшифровки типономинала реле HF341S:
Заключение
Телекоммуникационные реле являются незаменимыми элементами в средствах связи: в привычных нам АТС, голосовой IP-телефонии РАВХ. Также они используются в цепях передачи радио и ТВ сигналов, современном офисном оборудовании, приборах измерения, в сенсорных контроллерах, самолетных симуляторах, и др.
Концерн TE Connectivity выпускает широчайшую линейку изготовленных по последним техническим требованиям телекоммуникационных реле, что позволяет выбирать оптимальный вариант при разработке и комплектации оборудования. Эти высококачественные реле имеют отличные шансы на завоевание доверия российских разработчиков электронной техники [2].
Для долгой службы: миниатюрные сигнальные реле IM и P2
В свете продолжающегося бурного развития телекоммуникационных технологий миниатюрные сигнальные электромеханические реле не теряют своей актуальности. TE Connectivity – один из мировых лидеров в производстве электромеханических реле самого различного назначения,- уделяет пристальное внимание этому направлению. Серии миниатюрных реле IM и P2 отлично зарекомендовали себя в самых разнообразных областях электроники, в частности, телекоммуникационном оборудовании, медицинских, измерительных и бытовых приборах.
Казалось бы, реле – далеко не новое устройство, на рынке огромное количество вариантов и производителей. На первый взгляд, все реле очень близки по исполнению и параметрам. Даже реле последнего, четвертого, поколения уже оформлены как промышленный стандарт (определены размеры, расположение выводов, ресурс, параметры коммутации и т.д.). Почему же так важен выбор производителя? Потому что в бесконечной гонке за миниатюризацией, долей рынка и стоимостью конечной продукции, только сильнейшие могут поддерживать на высоком уровне и качество продукции, и бесперебойность поставок, а также предоставлять полную техническую поддержку, образцы и т.д.
Рис. 1. История развития сигнальных реле AXICOM
Одним из крупнейших и авторитетнейших производителей сигнальных реле является компания AXICOM, которая входит в состав концерна TE Connectivity (бывший Tyco Electronics). Использование сигнальных реле TE Connectivity дает целый ряд преимуществ:
Сигнальные реле производства компании TE Connectivity нашли свое применение в самых разных областях:
Анализ параметров сигнальных реле
Область применения накладывает особые требования к характеристикам компонентов. Рассмотрим наиболее важные параметры сигнальных реле.
Выбор сигнального реле не должен быть поверхностным. Часто недостаточно просто ознакомиться с электрическими параметрами контактной группы и катушки управления. Важно также учитывать частотные характеристики, срок службы, условия эксплуатации. Более того, необходимо помнить о ряде особенностей, таких, например, как термоэлектрический потенциал и дребезг контактов. Поверхностное и безответственное отношение к, казалось бы, малозначительным нюансам может обернуться серьезными неприятностями на стадии серийного производства и эксплуатации. Рассмотрим некоторые особенности сигнальных реле.
Конфигурация контактной группы и магнитная система реле. Главной функцией реле является коммутация сигналов. Тип этой коммутации зависит от конфигурации контактной группы и магнитной системы реле. Существует большое количество различных конфигураций [4]. Однако наиболее распространенными являются однополюсные и двухполюсные реле с моностабильной или бистабильной магнитной системой (рисунок 2).
Рис. 2. Распространенные конфигурации контактных групп реле
В моностабильных реле переключение контактов из нормального состояния происходит только при возбуждении катушки током строго заданной полярности. При снятии напряжения с катушки контакты возвращаются в исходное положение.
Иной принцип работы имеют реле с бистабильной магнитной системой. В них переключение происходит не потенциальным, а импульсным сигналом, поданным на катушку. Так, например, при подаче импульса прямой полярности (сигнал SET) контакты нормально открытого бистабильного реле замыкаются. При подаче импульса обратной полярности (сигнал RESET) контакты размыкаются.
Бистабильные реле имеют два важных преимущества: они не потребляют статической мощности, так как управляются импульсными сигналами, и, кроме того, они защищены от переключений при исчезновении питающих напряжений. Впрочем, стоит помнить, что при сильных вибрациях контакты могут произвольно переключиться, именно поэтому производители настоятельно рекомендуют производить принудительный сброс подачей сигнала RESET/SET перед началом эксплуатации.
Большая часть бистабильных реле может управляться и статическими сигналами, но постоянное возбуждение катушки не всегда рекомендуется. Более подробно о допустимости статического управления необходимо узнавать в документации на конкретный компонент.
Частотные характеристики. Сигнальные реле имеют повышенное быстродействие, по сравнению с силовыми реле. Это может быть важным преимуществом в ряде приложений. Однако, чтобы избегать неприятностей, необходимо помнить о ряде особенностей (рисунок 3).
Рис. 3. Процесс включения и выключения реле
Во-первых, катушка реле имеет собственную индуктивность. Это значит, что переключения не происходят мгновенно. Для характеристики переключений приводят такие параметры, как время включения (мс) и время выключения (мс).
Во-вторых, неизбежным злом при переключении является дребезг – многочисленное замыкание и размыкание контактов. Этот процесс характеризуется временем дребезга (мс), которое приводятся в документации ответственных производителей.
Как видно на рисунке 3, время включения/отпускания не учитывает времени на дребезг.
Определив производителя и требования к сигнальным реле, можно произвести выбор конкретного компонента. Серии сигнальных реле P2 и IM производства TE Connectivity имеют отличные электрические характеристики и предоставляют широкий ассортимент наименований, отличающихся конфигурацией контактных групп, параметрами катушек и типом монтажа.
Сигнальные реле серии P2
Реле серии P2 являются стандартными телекоммуникационными реле и полностью соответствуют установившемуся промышленному стандарту. Эти реле применяются в автомобильных CAN-устройствах, Hi-Fi-оборудовании, медицинской и измерительной технике, отвечают требованиям стандартов для оборудования 3G telecom.
Эти реле выполнены с конфигурацией контактов 2 FORM C и выпускаются в трех версиях (рисунок 4): моностабильной, бистабильной с одной катушкой и бистабильной с двумя катушками. В версии с двумя катушками каждая из них может использоваться независимо.
Рис. 4. Версии исполнения магнитной системы реле серии P2
Реле способны коммутировать нагрузку до 2 А при напряжении до 220 В (DC) и 250 В (AC) (таблица 1). Коммутируемая мощность составляет 60 Вт, что является стандартным значением.
Таблица 1. Параметры сигнальных реле серии P2
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Параметры реле
Правильный выбор реле важен. Часто критерий выбора ограничивается ценой в магазине или запасом в радиолюбительской мастерской. Просто берут подходящее по току/напряжению. Но к этому вопросу следует подходить более профессионально. Давайте обсудим менее популярные параметры и посмотрим на них под другим углом, потому что многие из них часто слишком поверхностны.
Напряжение питания катушки
На корпусе реле написано, например, 12 В, что означает для его срабатывания потребуется 12 В. Вот только редко бывает напряжение точно требуемого значения. И что делать если напряжение в схеме упадёт до 9 В или повыситься до 15 В?
Если напряжение будет слишком высоким, катушка соленоида, обычно герметично закрытая в небольшом пластиковом корпусе, просто перегреется. Закон Джоуля здесь неумолим. К счастью производители предоставляют некоторый запас по напряжению. И наоборот, если напряжение слишком низкое, через катушку постоянного сопротивления будет протекать меньший ток, что сделает якорь менее слабым на притягивание. А если сила тока слишком низкая, якорь вообще не сдвинется с места.
Это значение, при котором производитель гарантирует замыкание контакта. Оно дается для строго определенной температуры, чаще всего комнатной или аналогичной. При более высоких температурах сопротивление провода увеличивается, поэтому приложение того же напряжения к катушке вызовет протекание более низкого тока (что может быть недостаточно для перемещения якоря).
Напряжение отключения (отпускания) информирует, до какого значения необходимо снизить напряжение питания катушки, чтобы контакты вернулись в исходное положение. Часто это всего лишь 10% от номинального напряжения! Таким образом, реле с напряжением питания 5 В, указанным на корпусе, отключится когда падение напряжения упадёт до 0,5 В, что даже меньше прямого напряжения кремниевых p-n переходов. Разница в процентах вызвана магнитным гистерезисом ферромагнитного материала, из которого изготовлен сердечник электромагнита.
Это очень удобно, поскольку позволяет значительно снизить энергопотребление катушки в установившемся режиме. Реле с номинальным напряжением питания 12 В достаточно для подачи напряжения выше 8,4 В, а затем его понижения (например до 2 В). Экономия электроэнергии, важная для схем с батарейным питанием, будет огромной.
Фактическое напряжение питания катушки может отличаться от указанного на корпусе, и в довольно широких пределах. Об этом стоит помнить. Подтянув якорь электромагнитом, можно снизить напряжение питания катушки и сэкономить энергию.
Максимальная переключаемая мощность
При поиске реле на сайтах магазинов можно встретить такие описания, как «максимальная коммутируемая мощность: 4000 ВА». Это соответствует значению, указанному производителями в примечаниях и означает произведение максимального тока на максимальное напряжение, которое может проводить данное реле. Для 16 А и 250 В переменного тока это ровно 4000 ВА.
Постоянный ток имеет очень нежелательную особенность для контактных элементов. При их отключении (размыкании) возникает электрическая дуга, которая не гаснет сразу, а продолжается до тех пор, пока расстояние между контактами не станет достаточно большим.
Во время дуги контакты плавятся, как при сварке. Переменный ток более «мягкий» по своей природе, потому что напряжение между контактами упадет до нуля максимум за половину периода, что для цепей, работающих с частотой 50 Гц, составляет всего 10 мс. Следовательно, максимальная мощность которую может переключить то же реле, размещенное в цепи постоянного тока, будет значительно ниже «переменных» 4000 Вт. При высоком напряжении 300 В максимальный ток может составлять только 200 мА, поэтому нагрузка будет потреблять только 60 Вт.
Большинство имеющихся на рынке реле средней мощности предназначены для работы в цепях переменного тока (особенно в более низком ценовом диапазоне). Постоянный ток требует оснащения реле дополнительными элементами, ускоряющими гашение электрической дуги, что увеличивает его стоимость.
Параметр минимального прямого тока и минимальной коммутируемой мощности часто указывается не в примечаниях напрямую, а в виде комментариев. Например, в спецификации к типовому реле только на третьей странице можно найти информацию, написанную маленькими буквами, о том, что минимальное коммутируемое напряжение составляет 5 В постоянного тока, а минимальный коммутируемый ток составляет 10 мА (в реле с позолоченными контактами). Эти условия должны выполняться одновременно.
Причина указанного ограничения кроется в самом характере работы контактных элементов. Когда они проводят электричество достаточно высокой интенсивности, искры, образующиеся при подключении и отключении, могут очистить их поверхность от оксидов, сульфидов и других примесей. Это называется эффект самоочищения. Для этого производители реле должны выбрать силу, с которой контакты прижимаются друг к другу, чтобы этот слой мог стираться.
Если этот процесс не выполняется должным образом, контактное сопротивление может медленно увеличиваться, пока не возникнут проблемы с проводимостью тока. Эффект особенно заметен при использовании реле, предназначенных для переключения нагрузок средней или большой мощности, в местах где протекающие токи прослеживаются, например в тракте аудиосигнала.
Кроме того, контакты следует покрыть подходящим металлом. Чаще всего для гальваники используют золото, но бывают и сплавы серебра и палладия, которые характеризуются гораздо меньшим сопротивлением.
Контактный ток передачи
И контакты, и металлические выводы к ним, представляют собой элементы с конечной площадью поперечного сечения. Существует ограничение на количество тока, который может проходить через них без опасения перегрева.
На значение этого параметра влияют форма контактов, контактная поверхность, материал контактов и сила их давления. Как для нормально разомкнутых (NO), так и для нормально замкнутых (NC) контактов, идентичность первых трех параметров легко достигается. Достаточно если они будут из одного материала, с использованием одинаковых форм.
Параметр усилия нажима повторить сложнее. Контакты сталкиваются с большой силой и затем удерживаются на месте якорем. Давление на замыкающие контакты обеспечивается только пружиной, которая не должна быть слишком сильной, чтобы электромагнит реле мог ее согнуть. По этой причине ток, который могут проводить замыкающие контакты, может быть больше чем ток, протекающий через замыкающие контакты. Некоторые производители правда оговаривают, что максимальный прямой ток замыкающих контактов доступен при номинальном напряжении питания катушки. Многие производители учитывают это и проектируют свою продукцию таким образом, чтобы не было разницы в параметрах между нормально разомкнутыми и нормально замкнутыми контактами.
Тип нагрузки реле
Время переключения
Понятно что реле работают медленнее полупроводниковых приборов. В некоторых устройствах необходимо ввести соответствующие последовательности переключения. Те же пассивные регуляторы громкости. Быстрое переключение резисторов в резистивном делителе необходимо, чтобы получить ощущение плавности при быстром изменении громкости звука. Здесь следует помнить, что оставление цепи разомкнутой даже на мгновение, когда одно реле уже отключилось, а соседнее еще не сработало, может привести к очень неприятному потрескиванию из динамиков. Это недопустимо в аудиоаппаратуре высокого класса, а в студии звукозаписи вообще нонсенс.
Следует учитывать время включения следующего реле до того, как предыдущее перестанет работать. И учитывать возможное отклонение напряжения питания в сторону уменьшения, а также повышенную температуру окружающей среды, что увеличивает время переключения. Поэтому лучше предполагать, что время вдвое больше, чем указано в даташитах на реле.
Корпуса электромагнитных реле
Все большую популярность приобретают реле с герметичными корпусами, но все еще доступны реле и в негерметичном корпусе в виде пластиковой крышки, устанавливаемой на защелки. При разработке оборудования для дома или в офисе, это не имеет особого значения. Но в загрязненной или сырой среде на это стоит обратить внимание.
Разумеется только герметичные реле следует размещать в среде с повышенной влажностью. Но есть и помещения с совершенно другой спецификой, например, котельные. Воздух в них обычно сухой и теплый, но загрязнен угольной пылью и выхлопными газами. Примеси богаты серой, которая является неотъемлемым спутником всех видов углерода. Если сжигание в небольших котельных оказывает незначительное влияние на окружающую среду, то электроника внутри котельной может это сразу почувствовать. Большинство реле средней мощности имеют контакты из сплава серебра, идеально реагирующие с серой с образованием сульфида серебра, который нерастворим и не электропроводен. То есть контакты реле за короткое время сульфатируются.
Установка элемента в разъём
Иная ситуация с приборами промышленной автоматики. В тех случаях, когда твердотельные реле (SSR) не могут быть использованы или устройство не новое, остается регулярная замена реле. Следует учитывать, что устройства часто работают в очень плохих условиях, например, с повышенной влажностью (вызывающей коррозию клемм), вибрацией, пылью (ухудшающей изоляцию) или чрезвычайно высокой или чрезвычайно низкой температурой. Тогда не остается ничего другого, как использовать розетку для реле. Некоторые из них имеют клеммы, которые позволяют как пайку в печатную плату, так и установку в розетку с прижимным зажимом, чтобы предотвратить их выпадение.
Во многих розетках контакты расположены на том же расстоянии, что и реле, установленные в них. Благодаря этому в устройство можно добавить гнездо для реле, не меняя конструкции печатной платы. Это особенно важно, когда на этапе проектирования неизвестно будет ли данное реле часто выходить из строя. Учтите что реле встроенное в розетку, обычно имеет меньший допустимый прямой ток контактов.
Бистабильное и моностабильное
Бистабильные реле становятся дешевле и доступнее, но многие разработчики пока не обращают на них внимания. В схемах с питанием от сети энергоэффективность не очень важна, но где требуется экономия энергии, они могут оказаться большим подспорьем. Для удержания якоря в одном положении не требуется приложения энергии. Потребление тока происходит при переключении контактов, которое длится несколько десятков миллисекунд, после чего его источник может быть отключен. Устройство будет оставаться в устойчивом состоянии столько, сколько надо, отсюда и название.
Типичные реле имеют только одно стабильное положение, а поддержание другого требует непрерывного протекания тока через катушку.
Есть два типа бистабильных реле: с одной катушкой и с двумя. В случае двухкатушечных реле все просто, потому что одна из них используется для «включения», а другая для «выключения», то есть для переключения контактов в положения 1 и 2.
Бистабильные реле доступны как реле малой мощности, так и средней, для переключения устройств с питанием от сети с потреблением тока в несколько ампер. Практически каждая крупная компания занимающаяся производством реле, имеет их в своем предложении, поэтому выбор действительно велик.
Использование в электронике
Помимо защиты электроники от разрушительных последствий переключения катушки (имеется в виду импульс самоиндукции, возникающий при затухании тока в катушке), стоит защитить ее и от помех, создаваемых искрящими контактами. Особенно страдают микроконтроллеры, работающие рядом с реле, что может вызвать сбой программы. Наблюдения показывают, что это особенно верно для нагрузок с высокой индуктивностью, таких как электромагнитные клапаны 220 В переменного тока. Примером такой схемы защиты является последовательная RC-цепь. Это могут быть другие конфигурации, включая, например, переходной диод или, в цепях постоянного тока, быстродействующий полупроводниковый диод.
Выводы
Используйте реле по назначению, соблюдая естественно требование максимального коммутируемого тока, и они будут служить долго и безотказно.
Форум по обсуждению материала ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
В нескольких схемах рассмотрим, можно ли параллельно включать стабилизаторы напряжения, микросхемы типа LM317 и аналогичные.
Источник постоянного тока (CC) из понижающего регулятора напряжения (CV). Доработка готового модуля.