Реле на 12 в. Автомобильные реле: как устроены, как их выбирать и проверять. Нормально замкнутые контакты

Твердотельное реле (SSR - солид стейт реле) - это электронное устройство переключения, что включается или выключается, когда малое внешнее напряжение подается через контакты управления. Чаще всего оно состоит из оптопары, которая реагирует на соответствующий входной сигнал (сигнал управления), и полупроводниковый электронное переключающее устройство, которое переключает нагрузку. Упрощённая схема и подключение показана ниже:

Данный проект позволяет заменить обычные 12-вольтовые электромагнитные реле универсального назначения, часто используемые в устройствах автоматики, автомобилях и другой аппаратуре, на более надёжные и скоростные электронные. Схема была разработан на базе IGBT/МОП оптопары TLP250/352, которая работает драйвером полевого транзистора MOSFET IRFP260. Реле состоит из оптически изолированного драйвера затвора и МОП-транзистора с низким сопротивлением канала. Сочетание низкого сопротивления и высокой возможной мощности нагрузки делают это реле подходящим для различных устройств переключения. Устройство обеспечивает изоляцию 3 кВ от входа до выхода.

Принципиальная схема SSR реле

Характеристики твердотельного реле

• Входной управляющий сигнал 1,5 - 12 В постоянного тока
• Оптимальное напряжение самой схемы VCC 12 - 18 В
• Питание нагрузки 12 - 60 В постоянного тока
• Частота входного сигнала до 50 кГц
• Напряжение изоляции 3 kV

Многие меня спрашивают что за схему я ставлю в свои контроллеры для ветрогенераторов. Я уже конечно отвечал, снимал небольшое видео как ей пользоваться, и упоминал в статьях. Но в этой статье я хочу рассказать по подробнее о реле напряжения, и описать некоторые способы применения и особенности.

Вообще реле напряжения бывают разные, некоторые работают как реле времени, и по заданному времени что-то включают и выключают, оповещают звуковым сигналом. Есть реле, которые работают по температуре, по времени, или по напряжению. Какие бывают реле напряжения можно посмотреть здесь Реле напряжения , я давно покупаю в этом магазине, цены там самые дешовые, и качество нормальное. Но это далеко не все типы релюшек, есть и другие, их можно найти поиском на алиэкспресс, ниже скриншот из магазина...

Я использую в контроллерах конкретно вот такую реле напряжения, она самая первая в магазине - Реле напряжения 12в . Она работает только по напряжению и не имеет ничего лишнего, хотя есть версии с четырьмя и семью программами работы.

>

Есть вариант и в пластмассовом корпусе, но я покупаю без него. Реле напряжения имеет две кнопки, "SET" и "ENTER". Кнопкой "SET" поочередно перебираются параметры, вначале выставляется напряжение включения реле. Поочерёдно мигают три цифры на экране, и кнопкой "ENTER" перебирается от 0 до 9 каждая цифра, которая мигает. Выставив нужную цифру нужно нажать "SET" и далее выставляем вторую цифру, потом третью. Далее следующие три цифры это напряжение при котором реле отключается, они так-же поочерёдно мигают, их выставляем и проходим дальше нажимая кнопку "SET". Когда вы всё проклацаете по кругу то параметры вступят в силу и реле будет отображать текущее напряжение.

Так-же реле может работать как бы в зеркальном отражении. Если удерживать 5 сек кнопку "SET", то реле наоборот при первом выставленном напряжении будет выключать реле, а при втором наоборот включать реле. Это тоже может быть полезно когда надо что-то отключить при превышении напряжения, например зарядное устройство. Я думаю разберётесь потыкав кнопочки. Так-же там есть третий параметр - это задержка включения или выключения реле, и четвертый параметр это длительность включения реле, но я ими не пользовался и ничего сказать про это не могу.

Технические характеристики:
Рабочее напряжение 10-16 вольт.
Напряжение, которое может измерять эта плата 0-99.9 вольт.
Параметры встроенного контактного реле, 277в 10А AC, 30в 10А DC
Потребление энергии 16мА, когда контактное реле включено потребление 45мА

Нижний порог по напряжению 10 вольт связан с контактным реле, оно не включается если напряжение ниже 10 вольт, а сама плата работает начиная с 5 вольт, я проверял. Верхний порог напряжения тоже связан с контактным реле, если напряжение больше 16 вольт, то катушка реле при включении потребляет слишком много энергии, и не выдержит транзистор, который включает реле. А так вообще я подавал более 30 вольт и плата работала.

В своих контроллерах я выпаивал встроенную контактное реле, и выводил провода чтобы включать твёрдотельное реле, оно не создает нагрузку при включении, по-этому работает схема и при 24 вольта нормально.

>

Контакты с обратной стороны платы подписаны, по-этому с подключением проблем не должно быть. Плюс и минус для питания платы. И плюс и минус ADS - это для измерения напряжения. Да, плата питается отдельно и измеряет напряжение отдельно, при этом может измерять напряжение которым сама питается. Вывод плюс и минус IN я не использовал, но он вроде-бы для подключения термодатчика чтобы измерять температуру. Для этого нужно переставить фишку сверху платы и подключить термодатчик, чтобы реле работала по температуре, она станет показывать температуру.

Для чего её можно использовать? Ну я ставлю её в контроллер для ветрогенератора, и она по напряжению включает мощную нагрузку к аккумуляторам чтобы не было перезаряда. Когда напряжение на АКБ превышает 14,6 вольт то эта плата включает релюшку, и через реле подключаются мощные лампочки к АКБ, которые сжигают лишнюю энергию пока напряжение не упадёт до 13.5 вольт, и отключаются пока снова напряжение не превысит 14.6 вольт.

А так можно такую плату использовать с зарядным устройством, чтобы когда АКБ полностью зарядился отключалось зарядное устройство, и автоматически подключать ЗУ когда напряжение упадёт до выставленного в настройках порога. Можно музыку в машине автоматически отключать если напряжение на акб станет ниже 12,2 вольта, чтобы осталась энергия для запуска двигателя. Вариантов может быть множество. Так-же там есть реле напряжения с двумя релюшками на борту, работу которых можно настраивать по отдельности, и 16 программ работы по времени, напряжению и по событию (замыканию-размыканию контакта).

Видео обзор реле напряжения

Для управления различными исполнительными устройствами, коммутации цепей, управления приборами в электронике активно применяется электромагнитное реле.

Устройство реле достаточно просто. Его основой является катушка , состоящая из большого количества витков изолированного провода.

Внутрь катушки устанавливается стержень из мягкого железа. В результате получается электромагнит. Также в конструкции реле присутствует якорь .Он закреплён на пружинящем контакте . Сам же пружинящий контакт закреплён на ярме . Вместе со стержнем и якорем ярмо образует магнитопровод.

Если катушку подключить к источнику тока, то образовавшееся магнитное поле намагничивает сердечник. Он в свою очередь притягивает якорь. Якорь укреплён на пружинящем контакте. Далее пружинящий контакт замыкается с другим неподвижным контактом. В зависимости от конструкции реле, якорь может по-разному механически управлять контактами.

В большинстве случаев реле монтируется в защитном корпусе. Он может быть как металлическим, так и пластмассовым. Рассмотрим устройство реле более наглядно, на примере импортного электромагнитного реле Bestar . Взглянем на то, что внутри этого реле.

Вот реле без защитного корпуса. Как видим, реле имеет катушку, стержень, пружинящий контакт, на котором закреплен якорь, а также исполнительные контакты.

На принципиальных схемах электромагнитное реле обозначается следующим образом.

Условное обозначение реле на схеме состоит как бы из двух частей. Одна часть (К1 ) – это условное обозначение электромагнитной катушки. Она обозначается в виде прямоугольника с двумя выводами. Вторая часть (К1.1 ; К1.2 ) – это группы контактов, которыми управляет реле. В зависимости от своей сложности реле может иметь достаточно большое количество коммутируемых контактов. Они разбиваются на группы. Как видим, на обозначении изображены две группы контактов (К1.1 и К1.2).

Как работает реле?

Принцип работы реле наглядно иллюстрирует следующая схема. Есть управляющая цепь. Это само электромагнитное реле K1, выключатель SA1 и батарея питания G1. Также есть исполнительная цепь, которым управляет реле. Исполнительная цепь состоит из нагрузки HL1 (лампа сигнальная), контактов реле K1.1 и батареи питания G2. Нагрузкой может быть, например, электрическая лампа или электродвигатель. В данном случае в качестве нагрузки используется сигнальная лампа HL1.

Как только мы замкнём управляющую цепь выключателем SA1, ток от батареи питания G1 поступит на реле K1. Реле сработает, и его контакты K1.1 замкнут исполнительную цепь. На нагрузку поступит напряжение питания от батареи G2 и лампа HL1 засветится. Если разомкнуть цепь выключателем SA1, то с реле K1 будет снято напряжение питания и контакты реле K1.1 вновь разомкнуться и лампа HL1 выключится.

Коммутируемые контакты реле могут иметь своё конструктивное исполнение. Так, например, различают нормально-разомкнутые контакты, нормально-замкнутые контакты и контакты на переключение (перекидные). Разберёмся с этим поподробнее.

Нормально разомкнутые контакты

Нормально разомкнутые контакты – это контакты реле, которые находятся в разомкнутом состоянии до тех пор, пока через катушку реле не потечёт ток. Говоря проще, когда реле выключено, контакты тоже разомкнуты. На схемах реле с нормально-разомкнутыми контактами обозначается вот так.

Нормально замкнутые контакты

Нормально замкнутые контакты – это контакты реле, находящиеся в замкнутом состоянии, пока через катушку реле не начнёт течь ток. Таким образом, получается, что при выключенном реле контакты замкнуты. Такие контакты на схемах изображают следующим образом.

Переключающиеся контакты

Переключающиеся контакты – это комбинация из нормально-замкнутых и нормально-разомкнутых контактов. У переключающихся контактов есть общий провод, который переключается с одного контакта на другой.

Современные широко распространённые реле, как правило, имеют переключающиеся контакты, но могут встречаться и реле, которые имеют в своём составе только нормально-разомкнутые контакты.

У импортных реле нормально-разомкнутые контакты реле обозначаются сокращением N.O . А нормально-замкнутые контакты N.C . Общий контакт реле имеет сокращение COM. (от слова common – «общий»).

Теперь обратимся к параметрам электромагнитных реле.

Параметры электромагнитных реле.

Как правило, размеры самих реле позволяют наносить на корпус их основные параметры. В качестве примера, рассмотрим импортное реле Bestar BS-115C . На его корпусе нанесены следующие надписи.

COIL 12V DC – это номинальное напряжение срабатывания реле (12V ). Поскольку это реле постоянного тока, то указано сокращённое обозначение постоянного напряжения (сокращение DC обозначает постоянный ток/напряжение). Английское слово COIL переводится как «катушка», «соленоид». Оно указывает на то, что сокращение 12VDC имеет отношение к катушке реле.

Далее на реле указаны электрические параметры его контактов. Понятно, что мощность контактов реле может быть разная. Это зависит как от габаритных размеров контактов, так и от используемых материалов. При подключении нагрузки к контактам реле нужно знать мощность, на которую они рассчитаны. Если нагрузка потребляет мощность больше той, на которую рассчитаны контакты реле, то они будут нагреваться, искрить, "залипать". Естественно, это приведёт к скорому выходу из строя контактов реле.

Для реле, как правило, указываются параметры переменного и постоянного тока, которые способны выдержать контакты.

Так, например, контакты реле Bestar BS-115C способны коммутировать переменный ток в 12А и напряжение 120V. Эти параметры зашифрованы в надписи 12А 120VAC (сокращение AC обозначает переменный ток).

Также реле способно коммутировать постоянный ток силой 10А и напряжением 28V. Об этом свидетельствует надпись 10A 28VDC . Это были силовые характеристики реле, точнее его контактов.

Потребляемая мощность реле.

Теперь обратимся к мощности, которую потребляет реле. Как известно, мощность постоянного тока равна произведению напряжения (U ) на ток (I ): P=U*I . Возьмём значения номинального напряжения срабатывания (12V) и потребляемого тока (30 mA) реле Bestar BS-115C и получим его потребляемую мощность (англ. - Power consumption ).

Таким образом, мощность реле Bestar BS-115C составляет 360 милливатт (mW ).

Есть ещё один параметр – это чувствительность реле. По своей сути, это и есть мощность потребления реле во включённом состоянии. Понятно, что реле, которому требуется меньше мощности для срабатывания, является более чувствительным по сравнению с теми, которые потребляют большую мощность. Такой параметр, как чувствительность реле, особенно важен для устройств с автономным питанием, так как включенное реле расходует заряд батарей. К примеру, есть два реле с потребляемой мощностью 200 mW и 360 mW . Таким образом, реле мощностью 200 mW обладает большей чувствительностью, чем реле мощностью 360 mW.

Как проверить реле?

Электромагнитное реле можно проверить обычным мультиметром в режиме омметра. Так как обмотка катушки реле обладает активным сопротивлением, то его можно легко измерить. Сопротивление обмотки реле может варьироваться от нескольких десятков ом (Ω ), до нескольких килоом (kΩ ). Обычно самое низкое сопротивление обмотки имеют миниатюрные реле, которые рассчитаны на номинальное напряжение 3 вольта. У реле, номинальное напряжение которых составляет 48 вольт, сопротивление обмотки намного выше. Это прекрасно видно по таблице, в которой указаны параметры реле серии Bestar BS-115C.

Отметим, что потребляемая мощность всех типов реле этой серии одинакова и составляет 360 mW.

Электромагнитное реле является электромеханическим прибором. Это, наверное, является самым большим плюсом и в то же время весомым минусом.

При интенсивной эксплуатации любые механические части изнашиваются и приходят в негодность. Кроме этого, контакты мощных реле должны выдерживать огромные токи. Поэтому их покрывают сплавами драгоценных металлов, таких как платина (Pt), серебро (Ag) и золото (Au). Из-за этого качественные реле стоят довольно дорого. Если ваше реле всё-таки вышло из строя, то замену ему можно .

К положительным качествам электромагнитных реле можно отнести устойчивость к ложным срабатываниям и электростатическим разрядам.

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй - везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется I c , в наших I к. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде:) Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. Где у него коллектор, где база, а где эмиттер. Сделать это лучше всего по даташиту или справочнику. Вот, например, кусок из даташита:

Если смотреть на его лицевую сторону, та что с надписями, и держать ножками вниз, то выводы, слева направо: Эмиттер, Колектор, База.

Берем транзистор и подключаем его по такой схеме:

Коллектор к нагрузке, эмиттер, тот что со стрелочкой, на землю. А базу на выход контроллера.

Транзистор это усилитель тока, то есть если мы пропустим через цепь База-Эмиттер ток, то через цепь Колектор-Эмиттер сможет пройти ток равный входному, помноженному на коэффициент усиления h fe .
h fe для этого транзистора составляет несколько сотен. Что то около 300, точно не помню.

Максимальное напряжение вывода микроконтроллера при подаче в порт единицы = 5 вольт (падением напряжения в 0.7 вольт на База-Эмиттерном переходе тут можно пренебречь). Сопротивление в базовой цепи равно 10000 Ом. Значит ток, по закону Ома, будет равен 5/10000=0.0005А или 0.5мА — совершенно незначительный ток от которого контроллер даже не вспотеет. А на выходе в этот момент времени будет I c =I be *h fe =0.0005*300 = 0.150А. 150мА больше чем чем 100мА, но это всего лишь означает, что транзистор откроется нараспашку и выдаст максимум что может. А значит наша релюха получит питание сполна.

Все счастливы, все довольны? А вот нет, есть тут западло. В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. А катушка имеет неслабую индуктивность, так что резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная энергия, накопленная в электромагнитом поле, вылезет в другом месте. При нулевом токе обрыва, этим местом будет напряжение — при резком прерывании тока, на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Если ток обрывается механическим контактом, то будет воздушный пробой — искра. А если обрывать транзистором, то его просто напросто угробит.

Надо что то делать, куда то девать энергию катушки. Не проблема, замкнм ее на себя же, поставив диод. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Правда эти игры с бросками напряжения гадским образом сказываются на стабильности питающей сети устройства, поэтому имеет смысл возле катушек между плюсом и минусом питания вкрутить электролитический конденсатор на сотню другую микрофарад. Он примет на себя большую часть пульсации.

Красота! Но можно сделать еще лучше — снизить потребление. У реле довольно большой ток срывания с места, а вот ток удержания якоря меньше раза в три. Кому как, а меня давит жаба кормить катушку больше чем она того заслуживает. Это ведь и нагрев и энергозатраты и много еще чего. Берем и вставляем в цепь еще и полярный конденсатор на десяток другой микрофарад с резистором. Что теперь получается:

При открытии транзистора конденсатор С2 еще не заряжен, а значит в момент его заряда он представляет собой почти короткое замыкание и ток через катушку идет без ограничений. Недолго, но этого хватает для срыва якоря реле с места. Потом конденсатор зарядится и превратится в обрыв. А реле будет питаться через резистор ограничивающий ток. Резистор и конденсатор следует подбирать таким образом, чтобы реле четко срабатывало.
После закрытия транзистора конденсатор разряжается через резистор. Из этого следует встречное западло — если сразу же попытаться реле включить, когда конденсатор еще не разрядился, то тока на рывок может и не хватить. Так что тут надо думать с какой скоростью у нас будет щелкать реле. Кондер, конечно, разрядится за доли секунды, но иногда и этого много.

Добавим еще один апгрейд.
При размыкании реле энергия магнитного поля стравливается через диод, только вот при этом в катушке продолжает течь ток, а значит она продолжает держать якорь. Увеличивается время между снятием сигнала управления и отпаданием контактной группы. Западло. Надо сделать препятствие протеканию тока, но такое, чтобы не убило транзистор. Воткнем стабилитрон с напряжением открывания ниже предельного напряжения пробоя транзистора.
Из куска даташита видно, что предельное напряжение Коллектор-База (Collector-Base voltage) для BC549 составляет 30 вольт. Вкручиваем стабилитрон на 27 вольт — Profit!

В итоге, мы обеспечиваем бросок напряжения на катушке, но он контроллируемый и ниже критической точки пробоя. Тем самым мы значительно (в разы!) снижаем задержку на выключение.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме. Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

Разумеется вместо реле можно воткнуть и лампочку и соленоид и даже моторчик, если по току проходит. Реле взято как пример. Ну и, естественно, для лампочки не потребуется весь диодно-конденсаторный обвес.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.