보다 효율적으로 릴레이를 사용하는 방법은 무엇입니까?

우리는 종종 릴레이를 제어하기 위해 마이크로 컨트롤러를 사용하는 것처럼 보이고 5V 마이크로 컨트롤러는 종종 12V 릴레이와 함께 사용됩니다. 릴레이는 마이크로 컨트롤러보다 몇 배 더 많은 전력이 필요할 수 있습니다. 몇 mA에서 구동 할 수있는 SSR을 사용할 수있는 경우에는 문제가되지 않지만 전자 기계 릴레이가 필요한 상황이 있습니다. 언제 또 다른 토론입니다. 여기서는 전자 기계에 중점을 둘 것입니다. 그렇다면 이러한 릴레이를보다 효율적으로 사용하는 방법은 무엇입니까?

이것은 꽤 긴 대답이되고 있지만, 예쁜 그림을 많이 추가하여 잠들지 않도록해야합니다. ;-)

나는 쌍 안정 릴레이를 알고 있으며 큰 보호기입니다. 그러나 여기서는 래칭 릴레이를 사용하지 않으려는 경우 동일한 비 래칭 릴레이에 대한 다양한 솔루션에 대해 설명합니다. 예를 들어 피드백 또는 더 복잡한 드라이브 이유 일 수 있습니다. (피드백을 얻는 한 가지 방법은 이중 극 릴레이의 단일 접점을 사용하는 것이지만이를 단일 극 릴레이로 줄입니다. 3 개의 극 릴레이가 존재하지만 비용이 많이 듭니다.)
어쨌든 이것은 일반적이고 저렴한 비용입니다 계전기. 내가 사용하게 될 이 릴레이 참조하십시오.

직렬 저항
전력을 절감하는 저렴하고 간단한 방법으로 대부분의 릴레이에 적용 할 수 있습니다. 를 찾아보십시오 전압을 작동해야 데이터 시트에, 때때로 "풀 - 전압"라고. 위 계전기의 12V 표준 버전의 경우 8.4V입니다. 즉, 최소 8.4V를 적용하면 12V 계전기도 작동합니다. 이 넓은 마진의 이유는 릴레이의 12V가 종종 조정되지 않으며 예를 들어 주 전압 공차에 따라 달라질 수 있기 때문입니다. 이 작업을 수행하기 전에 12V의 여백을 확인하십시오.
약간의 여유를 유지하고 9V를 유지합시다. 릴레이의 코일 저항은 360Ω이고 120Ω 직렬 저항은 3V 강하를 발생시키고 릴레이에 9V가 남아 있습니다. 전력 손실은 400mW 대신 300mW이며 직렬 저항만으로 25 % 전력을 절약 합니다.

이 그래프와 다른 그래프에서 공통 솔루션의 전력은 파란색으로 표시되고 12V 입력에 대해 정규화되며 개선 된 솔루션은 자주색으로 표시됩니다. x 축은 입력 전압을 보여줍니다.

LDO 레귤레이터
직렬 저항기를 사용하면 전력 절약은 저항의 25 %로 일정합니다. 전압이 상승하면 전력이 2 차적으로 상승합니다. 그러나 전원 전압에 관계없이 계전기 전압을 일정하게 유지할 수 있다면 입력 전압이 상승함에 따라 전력은 선형으로 만 상승합니다. 릴레이에 전원을 공급하기 위해 9V LDO를 사용하여이를 수행 할 수 있습니다. 직렬 저항과 비교하면 더 높은 입력 전압에서 더 많은 전력을 절약 할 수 있지만 입력 전압이 12V 아래로 떨어지면 더 적습니다.
절전 : 25 %.

민감한 계전기
이것은 전력을 크게 줄이는 가장 간단한 방법입니다. 민감한 계전기 버전을 사용하십시오. 이 계전기는 400mW가 필요한 표준 버전과 그 절반에 만족하는 민감한 버전으로 제공됩니다.
그렇다면 항상 민감한 릴레이를 사용하지 않는 이유는 무엇입니까? 첫째, 모든 계전기가 민감한 유형으로 출시되는 것은 아니며, 전환 할 때 전환 접점 (CO) 접점이 없거나 제한적인 스위칭 전류와 같은 제한이있는 경우가 많습니다. 그들은 또한 더 비싸다. 그러나 응용 프로그램에 맞는 것을 찾으면 확실히 고려할 것입니다.
절전 : 50 %.

5V에서 12V 계전기
여기에서는 Real Savings ™에 도달합니다. 먼저 5V 작동에 대해 설명해야합니다. 우리는 이미“작동 전압”이 8.4V이기 때문에 9V에서 릴레이를 작동 할 수 있다는 것을 이미 보았습니다. 그러나 5V는 그보다 훨씬 낮으므로 릴레이를 활성화하지 않습니다. 그러나 "작동 전압이 있어야합니다"는 릴레이 를 활성화 하는 데만 필요합니다 . 일단 활성화되면 훨씬 낮은 전압에서도 활성화 상태를 유지합니다. 쉽게 시도해 볼 수 있습니다. 릴레이를 열고 코일을 가로 질러 5V를 놓으면 활성화되지 않는 것을 볼 수 있습니다. 이제 연필 끝과의 접촉을 닫으면 계속 닫혀있는 것을 볼 수 있습니다. 큰.

한 가지 캐치가 있습니다. 이것이 릴레이에서 작동하는지 어떻게 알 수 있습니까? 5V는 어디에도 언급되어 있지 않습니다. 필요한 것은 계전기의 "홀드 전압"으로, 활성화 상태를 유지하기위한 최소 전압을 제공하며 불행히도 데이터 시트에서는 종종 생략됩니다. 따라서 "must release voltage"라는 다른 매개 변수를 사용해야합니다. 이것이 계전기가 스위치를 끄는 최대 전압입니다. 12V 계전기의 경우 0.6V로 실제로 낮습니다. "보류 전압"은 일반적으로 1.5V 또는 2V와 같이 조금 더 높습니다. 많은 경우 5V가 위험 할만한 가치가 있습니다. 릴레이 제조업체에 문의하지 않고 10k / 년 생산 장치를 운영하려는 경우에는 안됩니다 . 반품이 많을 수 있습니다.

따라서 매우 짧은 시간 동안 만 고전압이 필요하며 5V로 안정시킬 수 있습니다. 이는 계전기와 직렬로 연결된 병렬 RC 회로를 통해 쉽게 달성 할 수 있습니다. 릴레이가 켜지면 커패시터가 방전되어 병렬 저항이 단락되어 전체 12V가 코일을 가로 질러 활성화됩니다. 그러면 커패시터가 충전되고 저항을 가로 질러 전압 강하가 발생하여 전류가 감소합니다.

이것은 첫 번째 예와 같으며, 9V 코일 전압으로갔습니다. 이제 5V가 필요합니다. 계산기! 코일의 360Ω에서 5V는 13.9mA이므로 저항은 (12V-5V) /13.9mA = 500Ω이어야합니다. 커패시터의 값을 찾기 전에 데이터 시트를 다시 한 번 참조해야합니다. 최대 작동 시간은 최대 10ms입니다. 이는 커패시터가 10ms 후에 코일을 가로 질러 8.4V를 유지하기에 충분히 느리게 충전되어야 함을 의미합니다. 시간이 지남에 따라 코일의 전압은 다음과 같습니다.

RC 시정 수에 대한 R 값은 테 베닌으로 인해 코일의 360Ω에 평행 한 500Ω입니다. 209Ω입니다. 그래프의 방정식은

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

와 = 8.4 V, = (10) 및 MS = 209 Ω, 우리는에 대해 해결할 수 우리는 66 μF 최소값을 찾아. 100 µF를 보자. t R $V_{COIL}$$t$$R$$C$

따라서 정상 상태에서는 360Ω 대신 860Ω 저항이 사용됩니다. 우리는하고 58 % 절약 .

5V에서 12V 계전기 reprise
다음 솔루션은 12V에서 동일한 절약 효과를 제공하지만 전압 조정기를 사용하면 입력 전압이 증가하더라도 전압을 5V로 유지합니다.

스위치를 닫으면 어떻게됩니까? C1은 D1 및 R1을 통해 4.3V로 빠르게 충전됩니다. 동시에 C2는 R2를 통해 충전됩니다. 아날로그 스위치의 임계 값에 도달하면 IC1의 스위치가 토글되고 C1의 음극이 + 5V에 연결되어 양극이 9.3V가됩니다. 릴레이가 작동하기에 충분하고 C1이 방전 된 후 계전기는 5V에서 D1까지 전원을 공급받습니다.

그래서 우리의 이익은 무엇입니까? 릴레이를 통해 5 V / 360 Ω = 14 mA이며 LM7805 또는 400 mW 대신 167 mW를 통해 12 V에서 나옵니다.
절전 : 58 %.

5V에서 12V 릴레이, reprise 2
SMPS를 사용하여 12V 전원 공급 장치에서 5V를 얻는 것이 훨씬 더 좋습니다. 아날로그 스위치와 동일한 회로를 사용하지만 더 많이 절약 할 수 있습니다. SMPS는 90 % 효율로 80 % (!)의 절전 효과를 제공 합니다.

(Mathematica로 만든 그래프)

stevenvh는 훌륭한 답변을 주었지만 가능한 한 매번 사용하는 솔루션이 있습니다 : 스텝 릴레이.

릴레이 상태를 변경할 때만 전력을 소비합니다.

물론 마이크로 컨트롤러가 시작될 때 릴레이 상태를 알 수있는 방법이 필요하기 때문에 전자 장치를 더 복잡하게 만들지 만 많은 경우 많은 전력을 절약합니다. 홈 오토메이션 시스템에서 24 개의 "표준"계전기를 단계 계전기로 교체하면 마이크로 컨트롤러 보드가 소비하는 전력의 거의 98 %가 절약되었습니다.

그렇다면 이러한 릴레이를보다 효율적으로 사용하는 방법은 무엇입니까?

다음은 "일반"비래 칭 릴레이와 함께 사용할 수있는 가장 효율적인 시스템을 원칙적으로 설명합니다. 이 회로는 Steven의 기준 계전기 또는 다른 계전기와 함께 작동합니다.

• 아래 회로는 벅 컨버터에서 릴레이 코일을 인덕터로 사용하여 최상의 선형 레귤레이션 방식으로 달성 할 수있는 것보다 몇 배에서 몇 배나 더 많은 전력을 절약합니다. 기계적 래칭 릴레이 또는 스테퍼 릴레이 솔루션의 제로 전류 효율로 장기간 경쟁 할 수는 없지만 표준 및 수정되지 않은 릴레이로 구현할 수 있습니다.

  변환 효율이 유일한 메트릭 인 경우,이 방식은 공급의 약 50 % 미만의 홀드 인 전압에 대해 달성 할 수있는 것보다 우수하며 대부분의 경우에 우수합니다.

  부품 수는 단순한 저항 또는 레귤레이터 기반 방식보다 높지만 절전이 중요한 경우에는 적당합니다. 아래 그림과 같이 2 개의 "젤리 빈"트랜지스터, 8 개의 저항, 2 개의 다이오드, 1 개의 제너 다이오드 및 2 개의 커패시터가 필요합니다. 주의해서 약간 줄일 수 있습니다.

  원하는 경우 릴레이 코일을 인덕터로 사용하여 IC 기반 벅 레귤레이터 시스템을 대신 사용할 수 있습니다.

Richard Prosser는 저에 대해 발행 한 저비용 스위칭 레귤레이터 설계 문제에 대한 응답으로 완전히 화려한 회로를 제공했습니다. 8 년 전. 부품 수는 다른 많은 절전 솔루션보다 약간 높지만 일반적으로 대체 솔루션보다 훨씬 효율적이고 효율적이며 릴레이 유지 전압 V_hold_in이 공급 전압보다 훨씬 낮을 때 실제로 두드러집니다. 도시 된 예에서 공급 전압은 20V ~ 70V이지만 회로는 모든 합리적인 전압 범위에 맞게 설계 될 수 있습니다.

여기에 표시된 것처럼 회로는 정전류에서 릴레이를 구동합니다. 파워 온 특성은 초기에 더 높은 구동 전류를 제공하도록 쉽게 변경 될 수 있지만, 도시 된 회로는 일반적으로 매우 수용 가능할 것이다.

회로의 핵심은 릴레이 인덕턴스 자체를 벅 레귤레이터의 인덕터로 사용하여 릴레이 코일에 정전류 구동을 구현하는 것입니다. 적용되는 전압은 필요한 구동 레벨을 제공하는 데 필요한 전압으로 줄어 듭니다. 이것은 정의 된 전압 또는 정의 된 전류에서 코일을 구동하도록 설계되고 설계 될 수있다.

효율이 낮은 매우 높은인가 전압 (아마도 Vin이 높을 때 약 50 % 정도로 낮음)에서도 전력 절감 효과는 상당합니다.
고려 사항-릴레이 홀드 전압이 5V이고 공급 전압이 30V라면. 직렬 저항 또는 선형 레귤레이터는 Vrelay / Vsupply = 5/30 ~ = 16 %보다 나은 효율을 달성 할 수 없습니다. 그러나 30V 전원 공급 장치에서 5V의 릴레이 유지 전류를 공급해야하므로 전력 소비 = Iholdin x 30입니다. 벅 컨버터 사용시 전력 = Vrelay x I x 100 % / 효율 % 유지.
50 % 효율에서 비 스위칭 시스템으로 달성 할 수있는 최고와 비교하여 이득은 30V / 5V x 50/100 = 3의 계수입니다.

• 전력 감소 계수 = Vsupply / Vholdin x 효율 % / 100 %

다시, 이것은 달성 될 수있는 최상의 선형 시스템에 대한 이득입니다.

단순화 된 작동 설명-필요한 경우보다 자세한 정보 제공 :

zener Z1에게 전화하십시오. 제너 전압 Vz1.

Q1베이스는 V9에 의해 R9, R2에 의해 기준 전압으로 유지됩니다.
Irelay = 0이면 Q1_E =) 따라서 Q1은 Q2이므로 I_relay는 상승합니다.
Irelay가 상승함에 따라 Q1E가 Q1을 끌 수있을 정도로 높아질 때까지 V_R7이 상승합니다.
Q1을 끄면 Q2가 꺼지고 전류 "프리휠이 D3, R7을 통해 프리휠됩니다.
R1, C2는 I_relay가 떨어지면 V_R7의 낙하를 감지 할 때 시간 지연을 형성하여 히스테리시스를 제공
합니다.

Roman Black의 "Black Switchjing Regulator":

설계 문제로 인해이 회로에서 비교적 잘 알려진 "블랙 스위칭 레귤레이터"가 도출되었습니다.

Cicruit 링크가 끊어졌지만

토론

여기서 테스트되지 않은 PCB 레이아웃 -지나치게 예리한 회로는 비교적 쉽게 회로를 파생시킬 수 있습니다.

음
아래는 디스크에 저장 한 ASCII 아트 버전으로, 원래 웹 페이지에서 복사 한 것일 수 있습니다. 성능은로드 또는 Vin으로 놀라운 wrt 효율성이나 Vout 처짐은 아니지만 저렴합니다 :-). "나의"GSR은 하나 이상의 트랜지스터를 사용하므로 구성 요소 비용이 최소한으로 떨어지지는 않지만 일반적으로 사양이 훨씬 우수합니다. 그러나 그것은 또 다른 이야기입니다.

스텝 릴레이는 Axeman에 의해 언급되었습니다.

쌍 안정 래칭 릴레이도 있습니다.

메인 입력에서 전원이 제거 될 때 전력을 저장하고 디 래칭 코일에 적용 할 수있는 회로를 쉽게 고안 할 수있어 외부의 일반 단일 코일 릴레이와 동일하게 작동합니다.

아래-래칭 릴레이의 한 버전-일부는 별도의 전원 차단 코일이 있습니다.

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기본적으로 DC 멀티 플라이어와 단일 트랜지스터로 전환하여 스위치를 켜거나 끕니다. 승수는 필요한 초기 "킥"을 제공하지만 정상 상태 전압은 훨씬 낮습니다. 회로에는 중요한 것이 없으며 거의 ​​모든 릴레이 또는 솔레노이드에 맞게 조정할 수 있습니다.

계전기는 여전히 SSR에 비해 많은 이점을 가지고 있으며 자동차 요구에 높은 볼륨 또는 높은 신뢰성을 선택할 때 선택 기준이 달라집니다. 보수적으로 사용할 경우 스위칭 수명 시간은 10e5 및 10e6입니다.

릴레이 선택에 아직 능숙하지 않은 사람들을 위해, 공통 기능에 대한 인식이 높아지면 요구에 대한 성능의 효율적인 매칭을 최적화하는 데 도움이됩니다.

• 제조 릴레이는 수십 년의 경험이 필요하며 신뢰할 수있는 공급원을 선택하려면 공급 업체 품질에 상당한주의가 필요합니다.

• 릴레이는 트랜지스터처럼 전력 및 전류 이득을 효과적으로 갖습니다.

  • 포화 모드에서 작동 할 때 hFE가 100 인 전력 트랜지스터 스위치를 고려하면 회로에서 5-10의 전류 이득으로 설계해야합니다.
  • 계전기는 일반적으로> 1 kV 절연의 오프셋 또는 ESD 문제가 없으며 50 ~ 100의 전류 게인이 일반적입니다. 코일 전압 효율이 낮은 릴레이에서는 더 많은 게인이 제공됩니다.

• 릴레이에는 SPST, SPDT, 2P2T ... 6P2T에 대한 공통 폼 팩터 설명이 있습니다 (스위치 예).

  • 계전기는 극 및 접점 수 또는 "투사"에 의해 정의 될 수 있지만 표준화 된 설명은 폼 팩터를 사용합니다.
  • 이중 투척 또는 DT는 3 개의 위치 중 어느 위치가 "극점"으로 지정되고 다른 2 개는 정상 폐쇄 또는 개방 (NC / NO)으로 지정된 "투척"으로 지정되며 형태 A, 형태 B, 형태 C.
  • 양식 A의 DPDT의 한 예는 "2-Form A"라고하며 때로는 2FA로 축약됩니다.
  • 이 양식에는 DIP-14, 자동차, 전력 계전기 (일반 목적) ", 신호 계전기 (예 : 전화 통신), RF 계전기, 리드 계전기,> = 100A 계전기 (일명 컨택 터) 등의 표준 핀 번호 또는 위치가 있습니다.

계전기 오용 방법 (read .. lower MTBF)

• 10mA에는 1A 정격 접점을 사용하십시오. 저 전류 신호는 산화를 방지하기 위해 금 플래시 도금 접점이 필요하므로 절연체에 완벽하게 접촉합니다.
• 저전력 설계에서 Au 도금을 사용하는 100mA 신호 계전기를 사용하지만 큰 금색 캡을 사용하여 플래시 금판에 큰 서지를 발생시켜 화상을 입습니다.
• 작지만 낮은 ESR 캡을 사용하십시오. 자주 사용하지 않거나 가볍게 사용하는 전원 접점의 접점에서 유전체 산화물 단열재는 캡의 각 계약 폐쇄 부에서 연소된다. 그리고 귀하의 신호는 정격 전력 (금색 도금되지 않은) 계전기로 켤 수 있습니다. 이것은 1977 년에 릴레이 상태를 원격으로 감지하기위한 추가 접점이있는 96x 15 ~ 30A 릴레이가있는 박스를 설계했을 때 훌륭한 솔루션이었습니다. TTL 전류는 감지 접점을 "습식"시키기에 충분하지 않았지만, 작은 R 탄탈륨 캡을 V +로 끌어 올려 예비 접점의 신뢰성 문제를 해결했습니다.
• 코일을 구동하기 위해 약한 전원을 사용하십시오. 이로 인해 릴레이 코일이 필요한 최소 전압 아래로 떨어질 수 있으며 약한 아크 구동으로 인해 약한 코일 드라이브에서 과도한 접점 바운스가 발생하여 "접촉 채터"가 발생하는 반응 부하가있는 경우
• 공급 전압의 2 배 이상인 코일에 클램프 다이오드를 설치하는 것을 잊지 마십시오.
• 민감한 Analog Power V + 라인에 릴레이 코일을 두지 마십시오.
• EMC 장애의 방향에 대한 인식없이 민감한 자기 회로 (예 : 라디오 등) 근처에 차폐되지 않은 릴레이를 사용하지 마십시오.

• 코일 전압 손실을 줄이는 까다로운 방법을 고려할 때는 신뢰성을 위해 백 개를 테스트하고 MTBF의 모든 설계에서 생산 탈출 / 실패를 위해 6sigma를 추가하고 온도, 진동, 고도, 습도 등과 같은 모든 스트레스 요인을 고려하십시오.

• 계전기의 큰 용도 중 하나는 전원을 켠 후 "소프트 스타트"회로를 1 초 이상 분로하여 효율을 높이고 서지를 피하는 것입니다. 소프트 스타트를 위해 단순히 PTC를 사용하는 순간 전원 중단시 서지를 방지 할 수 있습니다. 이로 인해 일시적으로 효율성이 떨어지지 만 중요한 구성 요소 또는 유출 사양을 보호합니다. 입력 서지 전류가 낮습니다.

내 목록에 자유롭게 추가하십시오.

커패시터와 저항으로 릴레이 전류를 절반으로 줄일 수 있습니다. 커패시터는 스타트 업시 릴레이에 전원을 공급하고 저항은 유지되는 전류를 줄입니다.