Signalrelæer - Forståelse af de grundlæggende principper

Relæer er en meget anvendt og værdifuld elektronisk enhed, der har eksisteret siden 1835. På trods af deres alder spiller de fortsat en vigtig rolle i forskellige industrier. De giver mulighed for fjernstyring af et kredsløb fra en afstand, hvilket gør dem nyttige i udbredte applikationer. Selv de tidlige computere blev bygget ved hjælp af et stort antal relæer til boolske logiske funktioner. En vigtig underkategori af relæer er signalrelæer, som har specifikke anvendelsesmuligheder og ofte spiller en vigtig rolle i kommunikationen. Denne artikel giver en introduktion til signalrelæer, herunder hvad de er, deres forskelle i forhold til andre relæer, vigtige udvælgelseskriterier og meget mere.

Grundlæggende om signalrelæer

Signalrelæer er i det væsentlige elektrisk betjente elektromekaniske kontakter, der styrer strømmen i et kredsløb. De fungerer ved hjælp af en magnetisk kraft, der produceres af en strøm, som løber gennem en spole i nærheden af kontakterne, til at flytte interne bevægelige dele eller kontakter mellem åbne og lukkede positioner. Dette gør det muligt for et lille signal at styre et større signal. De ligner strømrelæer, men er designet til at håndtere lav spænding og strøm, typisk under 2 ampere, og til at skifte signaler med lav effekt med en spænding på normalt mellem 5 _VDC og 30 _VDC. Derfor er de også kendt som "lavsignalrelæer".

Som nævnt ovenfor er signalrelæer en elektromekanisk relætype, der er bedst egnet til applikationer med lav spænding og strøm, med kontakter, der er specielt designet til lav effekt. Mens strømrelæer, som kan håndtere højere strøm og spænding, kan være mere økonomiske til visse anvendelser, kan de også ødelægge signaler med lav effekt i lyd- eller videokredsløb, hvilket gør signalrelæer til et mere hensigtsmæssigt valg. Signalrelæer leveres i små pakker, der er perfekte til montering på printkort og giver hurtigere koblingstider. De er typisk billigere end solid state relæer og påvirkes ikke af spændings- eller strømsvingninger og er ikke modtagelige for EMI/RFI. På grund af deres lille effekthåndtering genererer de også mindre varme end solid state relæer og kræver derfor typisk ikke termiske styringsløsninger i kredsløbet.

Figur 1: En grundlæggende sammenligning af relæer på lavt og højt niveau. (Billedkilde: Same Sky)

Fordele ved signalrelæer

Signalrelæer, ligesom andre elektromekaniske relæer, giver en række fordele i projekter, herunder:

• Enkelhed i designet
• Elektrisk isolation
• Robust drift
• Omkostningsbesparelser i forbindelse med langdistanceforbindelser
• Flere muligheder for emballage og funktioner
• Immunitet over for EMI/RFI

Når de er korrekt tilpasset kredsløbets strømbehov, giver signalrelæer også yderligere fordele som f.eks:

• Lethed ved betjeningen
• Lille størrelse
• Prisbillige omkostninger
• Modstandsdygtighed over for mekaniske stød
• Høj isoleringsgrad mellem den interne spole og kontakterne

Vigtige specifikationer og valg af signalrelæer

Når du vælger en signalrelæmodel til et design, er der flere faktorer, der skal tages i betragtning, herunder:

• Spændingsværdi: Den maksimale spænding, som relæet kan skifte, typisk målt i _VDC eller_VAC.
• Strømstyrke: Den maksimale strøm, som relæet kan skifte, målt i ampere.
• Kontaktmodstand: modstanden, målt i ohm, der tilføjes til belastningskredsløbet.
• Spolespænding: den nominelle styrespænding for relæspolen.
• Spolestrøm: den nominelle strøm, som spolen kan tage med den nominelle spolespænding.
• Kontaktform: relæets kontaktkonfiguration (antal poler og normalt åben eller normalt lukket konfiguration). F.eks. SPDT (1 form C) og DPDT (2 form C).
• Kontaktværdi: strøm- og spændingsværdier for garanteret relæydelse. Som et eksempel udtrykkes dette typisk som 1 A @ 30 _VDC.
• Koblingstid: relæets driftshastighed fra påføring af styrestrøm til lukning af kontakterne eller omvendt.
• Monteringstype: monteringsmetoden for applikationen. Dette er typisk enten gennemgående hul eller overflademonteret på pc-pladen.
• Dielektrisk styrke: den maksimale spænding, som et relæ kan tåle uden at blive beskadiget i en bestemt periode.
• Driftstemperatur: det angivne temperaturområde, som et relæ kan fungere sikkert og uden nedbrydning i.

Med ovenstående liste i baghovedet kan en ingeniør begynde processen med at vælge et signalrelæ til et projekt. Til at begynde med skal du bestemme den nødvendige spænding og strømstyrke baseret på kredsløbets maksimale koblingsbelastning. Det er vigtigt at huske på, at signalrelæer typisk switcher 2 A eller mindre.

Derefter skal du identificere den nødvendige styrespænding og type, enten AC eller DC, og angive antallet af poler/kredsløb, der skal kobles. Skal kredsløbet/afbryderarrangementet også være normalt åbent (NO) eller normalt lukket (NC)?

Endelig skal du overveje, hvordan enheden skal monteres i kredsløbet, f.eks. panelmontering, DIN-skinne, overflademontering eller gennemgående hul. Ved at bestemme de specifikke parametre, der kræves, er det muligt at identificere et relæ, der opfylder systemets behov uden at være overspecificeret.

Figur 2: De generelle trin i udvælgelsen af et signalrelæ. (Billedkilde: Same Sky)

Anvendelse af signalrelæer

Signalrelæer er på grund af deres lav-effekt switching-funktioner blevet implementeret i en lang række applikationer, både i forbruger- og kommercielle applikationer. De er en effektiv løsning til netværksenheder, der kræver langdistancesignaler med højere spænding og strømstyrke, end de fleste elektroniske enheder kan håndtere. Signalrelæer er også nyttige i applikationer med hurtig reaktionsevne, som ikke kræver så meget strøm som et strømrelæ. I hverdagsmiljøer som f.eks. i hjem og på kontorer fungerer en termostat desuden ved lav spænding og strømstyrke, men skal sende et signal til ovnen eller klimaanlægget (AC). Et signalrelæ kan tage det lille kontrolsignal med lav effekt og bruge det til at sende beskeden til varme- eller AC-enheden, så de kan foretage den relevante handling.

Konklusion

Efterhånden som elektroniske systemer bliver mere avancerede, opstår der ofte et behov for fuldstændig elektrisk isolation mellem et koblingssignal og det signal, der kobles. Signalrelæer er en løsning til sikker styring af strøm og spænding fra en afstand.

Disse enheder anvendes i vid udstrækning i en række forbruger- og industriprodukter og systemer til at skifte strøm i forskellige typer kredsløb. Efter at have identificeret kravene til et design tilbyder Same Sky en række signalrelæer til at opfylde ingeniørens behov for strømskifte på lavt niveau.