Питание электромагнитного реле пониженным напряжением

Напряжение питания радиолюби­тельских устройств с годами ста­новится всё меньше и меньше. Кроме того, широкое распространение полу­чили различные устройства на микро­контроллерах и цифровых микросхе­мах, напряжение питания которых тоже неуклонно снижается, и напряжение 5 В уже кажется большим. Но построение устройств с таким напряжением пита­ния иногда приводит к затруднениям, В частности, если необходимо коммути­ровать сетевое напряжение, в некото­рых случаях целесообразно применить электромагнитное реле. Но реле с но­минальным напряжением 3…5 В встре­чаются гораздо реже, чем с напряжени­ем 12 В. В то же время известно, что ток (и соответственно напряжение), при котором реле отпускает, в несколько раз меньше тока (напряжения) срабаты­вания. Кроме того, реле в большинстве случаев уверенно срабатывают при на­пряжении на 20…40 % меньше номи­нального. Если поставить вопрос не­много по-другому, то надо заставить реле сработать при пониженном напря­жении, при котором оно будет надёжно удерживать контакты в замкнутом (или разомкнутом) состоянии. Кроме того, питание реле пониженным напряжени­ем существенно повышает ЭКОНОМИЧ­НОСТЬ всего устройства.

Схем устройств, обеспечивающих срабатывание реле при пониженном напряжении, много в различных печат­ных источниках [1, 2], в том числе и запатентованых [3], а также и на просто­рах Интернета [4, 5]. Аналогичные уст­ройства применяют и для уменьшения времени срабатывания реле при пита­нии их номинальным напряжением [6]. Принцип работы большинства таких устройств основан на том, что в них применён накопительный конденса­тор, который в момент коммутации подключается последовательно с источником питания, в результате чего суммарное напряжение удваивается и реле надёжно срабатывает. После раз­рядки конденсатора реле питается примерно вдвое меньшим напряжени­ем, соответственно потребляя мень­ший ток.

Рис. 1

Схема ещё одного варианта такого устройства показана на рис. 1. С его помощью можно запитать реле напря­жением, примерно вдвое меньшим номинального, или при номинальном напряжении питания включить после­довательно не одно, а два реле, Для коммутации здесь применены полевые транзисторы, поэтому в качестве источ­ника управляющего сигнала можно применить маломощный узел (микро­контроллер, логическую микросхему и т. д.), не обеспечивающий требуемого для коммутации реле тока. После пода­чи питающего напряжения через об­мотку реле и диоды конденсатор С1 заряжается практически до напряжения питания. Происходит это быстро, по­скольку сопротивление обмотки реле, как правило, невелико. Само реле, как правило, не срабатывает. После подачи сигнала управления оба транзистора открываются. При этом плюсовой вы­вод конденсатора С1 оказывается со­единён с общим проводом, а минусовый — с обмоткой реле. К обмотке бу­дет приложено напряжение около 10 В, и реле сработает. После разрядки кон­денсатора реле будет питаться напря­жением чуть меньше 5 В.

В качестве приме­ра было испытано реле MZP A 001 46. По паспорту у него мини­мальное напряжение питания — 8,99, мак­симальное — 22,5 В, его один переклю­чающий контакт рас­считан на коммута­цию нагрузки с сете­вым питанием, сопро­тивление обмотки — 450 Ом. Реальные из­мерения показали, что это реле срабаты­вает при напряжении около 6,5 В, а отпус­кает при 1,5 В.

Рис. 2

Ёмкость конденса­тора должна быть до­статочной для сраба­тывания реле. Соглас­но паспорту, время срабатывания указан­ного реле при номи­нальном напряжении питания — не более 10 мс, а постоянная времени обмотки ре­ле совместно с кон­денсатором — около 200 мс. Это обеспечит его уверенное срабатывание.

Диод, который обычно устанавливают параллельно катушке реле, защищающий коммутирующий элемент (в данном случае полевой транзистор) от ЭДС самоиндукции при прекращении тока через обмотку, в данном случае не нужен. Когда транзисторы закрываются, возникающий при этом в обмотке ток через диоды будет заряжать конденсатор. Применены диоды Шотки, поскольку падение на них меньше, чем на обычных кремниевых. Все элементы можно разместить на плате основного устройства или на отдельной односторонней плате, чер­тёж которой показан на рис. 2, а внеш­ний вид — на рис. 3. В этом устройстве реле уверенно срабатывало при сниже­нии напряжения до 4,2 В.

Рис. 3

Если напряжение питания основного устройства 3…3.3 В, совместно с ним можно применить реле с номинальным напряжением 5 В. Была прове­рена работоспособность ма­логабаритного реле EA2-5NJ, у которого две группы контактов на переключение, сопротивле­ние обмотки — 180 Ом, а мак­симальное коммутируемое переменное напряжение — 250 В. Реле срабатывало при напряжении 3,6 В, а отпускало при 0,7 В.

Рис. 4

Если применить элементы для поверхностного монтажа (рис. 4), размеры устройства будут отличаться от габарит­ных размеров реле незначи­тельно. Для указанных на схеме элементов (конденса­тор — танталовый для поверх­ностного монтажа типоразме­ра D). Возможный чертёж печатной платы показан на рис. 5. В этом устройстве реле надёжно срабатывало при напряжении питания 2,5 В. В устройстве желательно при­менить транзисторы с напря­жением открывания не более 1,5…2 В. Но следует учесть, что особенность этого реле — определённая полярность на­пряжения питания, подаваемого на обмотку. Если её не соблюдать, реле работать не будет.

Рис. 5

Не следует также забывать о защите полевых транзисторов от пробоя стати­ческим электричеством. Для этого на период транспортировки или хранения вход соединяют с общим проводом отрезком не изолированного провода. И, конечно же, надо предварительно проверить, при каких напряжениях реле срабатывает и отпускает. Кроме того, при пониженном напряжении (вблизи напряжения отпускания) усилие, при­кладываемое к контактам реле, умень­шается, что может привести к увеличе­нию переходного сопротивления кон­тактной группы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Прокопцев Ю. Включение реле при пониженном напряжении. — Радио, 1971, № 1, с. 43.
2. Graiam R. Схема включения реле пони­женным напряжением. — Elektor Electronics, July 1999, p.
3. Устройство для включения реле при по­ниженном напряжении питания. Авторское сви­детельство СССР № 1501188, кл. Н 01 Н 47/32, 1982.
4. How to use 24V-relay with 12V-Vcc. — URL: http://www.intio.or.jp/jf10zl/24vr.htm (23.08.16).

5. How to drive 24 volts relay with 8 volts bat­tery. — URL: http://www.intio.or.jp/jf10zi/htm (23.08.16).
6. За рубежом. Уменьшение времени сра­батывания реле. — Радио, 2007, № 1, с. 72.

Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Москва
Источник: Радио №11, 2016