Signálová relé - pochopení základů

Relé jsou široce používané a cenné elektronické součástky, které existují již od roku 1835. I přes své stáří hrají i nadále důležitou roli v různých odvětvích. Umožňují dálkové ovládání obvodu, čímž se stávají praktickými v široké škále aplikací. Dokonce i rané počítače byly stavěny pomocí velkého počtu relé pro Booleovské logické funkce. Jednu z hlavních podkategorií relé představují signálová relé, která mají specifická využití a často plní důležitou roli v komunikaci. Tento článek poskytne úvod do signálových relé včetně jejich definice, odlišností od jiných relé, klíčových kritérií výběru a dalších.

Základy signálových relé

Signálová relé jsou ve své podstatě elektricky ovládané elektromechanické spínače, které řídí tok proudu v obvodu. Jejich funkce je založena na využití magnetické síly tvořené ovládacím proudem procházejícím cívkou v blízkosti kontaktů k pohybu vnitřních součástí nebo kontaktů mezi rozepnutou a sepnutou polohou. To umožňuje, aby malý signál ovládal větší. Tato relé se podobají výkonovým relé, jsou však navržena tak, aby ovládala nízká napětí a proudy, obvykle pod 2 A, a spínala signály o nízkém výkonu s jmenovitým napětím obvykle v rozsahu 5 V_DC až 30 V_DC. Díky tomu jsou také známá jako „nízkosignálová relé“.

Jak bylo uvedeno výše, signálová relé jsou elektromechanické součásti vhodné pro aplikace s nízkými úrovněmi napětí a proudu, jejichž kontakty jsou speciálně navržené na nízké zátěže. Ačkoli výkonová relé zvládají vyšší proudy a napětí a pro určité aplikace mohou být hospodárnější, mohou také narušovat malé signály v audio nebo video obvodech. Vhodnější volbou se tedy stávají signálová relé. Signálová relé se dodávají v malých pouzdrech, jsou ideální pro montáž na desku a nabízejí rychlejší spínací časy. Jsou obvykle levnější než polovodičová relé, nejsou ovlivněna napěťovými nebo proudovými přechodovými jevy, ani nejsou náchylná k rušení EMI/RFI. Díky jejich malému výkonu také generují méně tepla než polovodičová relé, a proto obvykle nevyžadují řešení regulace tepla v obvodu.

Obrázek 1: základní srovnání nízkoúrovňových a vysokoúrovňových relé. (Zdroj obrázku: Same Sky)

Výhody signálových relé

Signálová relé, stejně jako ostatní elektromechanická relé, nabízejí v projektech řadu výhod včetně následujících:

• Jednoduchost konstrukce
• Elektrická izolace
• Robustní provoz
• Úspora nákladů na dálková vedení
• Více možností pouzder a funkcí
• Odolnost vůči rušení EMI/RFI

Při správném přizpůsobení požadavkům na napájení obvodu poskytují signálová relé také další výhody včetně následujících:

• Snadné ovládání
• Malá velikost
• Cenová dostupnost
• Odolnost proti mechanickým nárazům
• Vysoká izolace mezi vnitřní cívkou a kontakty

Hlavní specifikace a výběr signálových relé

Při výběru modelu signálového relé pro návrh je třeba zohlednit několik faktorů, včetně následujících:

• Jmenovité napětí: maximální napětí, které může relé spínat, obvykle měřené ve V_DC nebo V_AC.
• Jmenovitý proud: maximální proud, který může relé spínat, měřený v A.
• Kontaktní odpor: odpor, měřený v ohmech, přidaný k zátěžovému obvodu.
• Napětí cívky: jmenovité ovládací napětí na cívce relé.
• Proud cívky: jmenovitý proud, který cívka odebírá při jmenovitém napětím cívky.
• Konfigurace kontaktů: konfigurace spínačů relé (počet pólů a spínací nebo rozpínací konfigurace). Například SPDT (1 Form C) a DPDT (2 Form C).
• Zatížitelnost kontaktů: hodnoty proudu a napětí potřebné pro zaručenou výkonnost relé. Tento údaj lze typicky vyjádřit například jako 1 A při 30 V_DC.
• Spínací doba: pracovní rychlost relé od přivedení ovládacího proudu do sepnutí kontaktů nebo naopak.
• Způsob montáže: metoda montáže aplikace. Obvykle se jedná o montáž do průchozího otvoru nebo povrchovou montáž na desku plošných spojů.
• Dielektrická pevnost: maximální napětí, které může relé tolerovat bez poškození po stanovenou dobu.
• Provozní teplota: specifikovaný rozsah teplot, ve kterých může relé bezpečně a úspěšně pracovat bez degradace.

S ohledem na výše uvedený seznam pak může technik zahájit proces výběru signálového relé pro daný projekt. Začněte stanovením požadovaného napětí a proudu na základě maximální spínací zátěže obvodu. Je důležité pamatovat na to, že signálová relé obvykle spínají proudy 2 A nebo nižší.

Dále identifikujte požadované ovládací napětí a jeho průběh, tedy střídavý nebo stejnosměrný, a určete počet pólů/obvodů, které mají být spínány. A dále, má být konfigurace obvodu/kontaktů provedena jako spínací (NO) nebo rozpínací (NC)?

Nakonec zohledněte způsob montáže součásti do obvodu, například montáž na panel, na lištu DIN, povrchová montáž nebo do průchozího otvoru. Na základě stanovení požadovaných technických parametrů je možné identifikovat relé, které vyhovuje potřebám systému, aniž by bylo předimenzováno.

Obrázek 2: obecné kroky při výběru signálového relé.(Zdroj obrázku: Same Sky)

Aplikace signálových relé

Signálová relé byla díky svým spínacím schopnostem s nízkým výkonem implementována v široké řadě spotřebních i komerčních aplikací. Poskytují efektivní řešení pro síťová zařízení, která vyžadují přenos signálů na velké vzdálenosti při vyšším napětí a proudu, než jaké dokáže nativně zpracovat většina elektroniky. Signálová relé jsou také užitečná v aplikacích s rychlou odezvou, které nevyžadují tolik energie jako výkonové relé. Dále platí, že v každodenním prostředí, jako jsou domácnosti a kanceláře, pracuje termostat s nízkým napětím a proudem, ale potřebuje odesílat signál do pece nebo klimatizační (AC) jednotky. Signálové relé může převzít malý ovládací signál s nízkým výkonem a použít jej k přenosu zprávy do topné nebo klimatizační jednotky a umožnit tak těmto zařízením provést příslušnou akci.

Závěr

Vzhledem k tomu, že elektronické systémy jsou stále vyspělejší, často vzniká potřeba úplné elektrické izolace mezi spínacím a spínaným signálem. Signálová relé poskytují řešení pro bezpečné dálkové ovládání proudu a napětí.

Tyto součásti se používají v široké škále spotřebních a průmyslových produktů a systémů ke spínání napájení v různých typech obvodů. Po identifikaci požadavků návrhu nabízí společnost Same Sky řadu signálových relé, která splňují požadavky konstruktérů na spínání malých proudů.