Схема драйвера транзисторного реле с формулой и расчетами

В этой статье мы подробно изучим схему драйвера транзисторного реле и узнаем, как спроектировать ее конфигурацию, вычислив параметры по формулам.

Важность реле

Реле - один из важнейших компонентов электронных схем. Реле играют основную роль в выполнении операций, особенно в цепях, где задействована передача большой мощности или переключение сетевой нагрузки переменного тока.

Здесь мы узнаем, как правильно управлять реле с использованием транзистора, и применить конструкцию в электронной системе для переключения подключенной нагрузки без проблем.

Для углубленного изучения того, как работает реле пожалуйста прочтите эту статью

Реле, как мы все знаем, - это электромеханическое устройство, которое используется в форме переключателя.

Он отвечает за переключение внешней нагрузки, подключенной к его контактам, в ответ на относительно меньшую электрическую мощность, подаваемую на соответствующую катушку.

В основном катушка намотана на железный сердечник, когда на катушку подается небольшой постоянный ток, она возбуждается и ведет себя как электромагнит.

Подпружиненный контактный механизм, расположенный в непосредственной близости от катушки, немедленно реагирует и притягивается к силе электромагнита катушки под напряжением. В ходе этого контакт соединяет одну из своих пар вместе и разъединяет связанную с ним дополнительную пару.

Обратное происходит, когда на катушку отключается постоянный ток и контакты возвращаются в исходное положение, соединяя предыдущий набор дополнительных контактов, и цикл может повторяться столько раз, сколько возможно.

Электронной схеме обычно требуется релейный драйвер, использующий каскад транзисторной схемы, чтобы преобразовать ее коммутационный выход постоянного тока малой мощности в коммутационный выход переменного тока большой мощности.

Однако сигналы низкого уровня от электроники, которые могут быть получены из каскада IC или каскада слаботочного транзистора, могут быть неспособны напрямую управлять реле. Поскольку для реле требуются относительно более высокие токи, которые обычно могут быть недоступны от источника IC или низкотокового транзисторного каскада.

Чтобы преодолеть вышеупомянутую проблему, ступень управления реле становится обязательной для всех электронных схем, которые нуждаются в этой услуге.

Драйвер реле - это не что иное, как дополнительный транзисторный каскад, прикрепленный к реле, которым необходимо управлять. Транзистор обычно и исключительно используется для управления реле в ответ на команды, полученные от предыдущего каскада управления.

Принципиальная электрическая схема

Обращаясь к приведенной выше принципиальной схеме, мы видим, что конфигурация включает только транзистор, базовый резистор и реле с обратным диодом.

Однако есть несколько сложностей, которые необходимо решить, прежде чем проект можно будет использовать для требуемых функций:

Поскольку базовое управляющее напряжение на транзисторе является основным источником для управления работой реле, его необходимо точно рассчитать для получения оптимальных результатов.

Значение базового резистора id прямо пропорционально току на выводах коллектор / эмиттер транзистора, или, другими словами, ток катушки реле, который является нагрузкой коллектора транзистора, становится одним из основных факторов и напрямую влияет на значение базового резистора транзистора.

Формула расчета

Базовая формула для расчета базового резистора транзистора дается выражением:

R = (Us - 0,6) ток hFE / катушки реле,

• Где R = базовый резистор транзистора,
• Us = Источник или напряжение триггера на базовом резисторе,
• hFE = коэффициент усиления транзистора по прямому току,

Последнее выражение, которое является «током реле», можно найти, решив следующий закон Ома:

I = Us / R, где I - требуемый ток реле, Us - напряжение питания реле.

Практическое применение

Сопротивление катушки реле можно легко определить с помощью мультиметра.

Нам также будет известный параметр.

Допустим, напряжение питания Us = 12 В, сопротивление катушки 400 Ом, тогда

Ток реле I = 12/400 = 0,03 или 30 мА.

Также можно предположить, что Hfe любого стандартного низкосигнального транзистора составляет около 150.

Применяя приведенные выше значения к фактическому уравнению, мы получаем,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ ток реле

R = (12 - 0,6) 150 / 0,03

= 57000 Ом или 57 К, ближайшее значение 56 К.

Диод, подключенный к катушке реле, никак не связан с приведенным выше расчетом, его все же нельзя игнорировать.

Диод следит за тем, чтобы обратная ЭДС, генерируемая катушкой реле, была закорочена через него, а не попала в транзистор. Без этого диода обратная ЭДС попыталась бы найти путь через коллектор-эмиттер транзистора и в течение нескольких секунд навсегда повредила бы транзистор.

Схема драйвера реле с использованием PNP BJT

Транзистор лучше всего работает как переключатель, когда он подключен к общей конфигурации эмиттера, а это означает, что эмиттер BJT всегда должен быть подключен напрямую к линии «земли». Здесь «земля» относится к отрицательной линии для NPN и положительной линии для PNP BJT.

Если в схеме используется NPN, нагрузка должна быть соединена с коллектором, что позволит включать / выключать ее, включая / выключая отрицательную линию. Это уже объяснялось в приведенных выше обсуждениях.

Если вы хотите включить / выключить положительную линию, в этом случае вам придется использовать PNP BJT для управления реле. Здесь реле может быть подключено через отрицательную линию питания и коллектор PNP. Точную конфигурацию см. На рисунке ниже.

Однако для PNP потребуется отрицательный триггер в его основе для запуска, поэтому, если вы хотите реализовать систему с положительным триггером, вам, возможно, придется использовать комбинацию как NPN, так и PNP BJT, как показано на следующем рисунке:

Если у вас есть какие-либо конкретные вопросы относительно вышеуказанной концепции, пожалуйста, не стесняйтесь выражать их в комментариях для получения быстрых ответов.

Драйвер реле энергосбережения

Обычно напряжение питания для срабатывания реле рассчитывается таким образом, чтобы реле было оптимально втянутым. Однако требуемое удерживающее напряжение обычно намного ниже.

Обычно это даже не половина напряжения втягивания. В результате большинство реле могут работать без проблем даже при этом пониженном напряжении, но только тогда, когда гарантируется, что при начальном напряжении активации достаточно высокое для втягивания.

Представленная ниже схема может быть идеальной для реле, рассчитанных на работу с током 100 мА или ниже и при напряжении питания ниже 25 В. Использование этой схемы гарантирует два преимущества: во-первых, реле функционирует с использованием существенно низкого тока при 50% меньше номинальное напряжение питания и ток снижены примерно до 1/4 от фактического номинала реле! Во-вторых, реле с более высоким номинальным напряжением можно использовать с более низкими диапазонами питания. (Например, реле 9 В, которое требуется для работы с напряжением 5 В от источника TTL).

Видно, что схема подключена к источнику питания, способному надежно удерживать реле. Пока S1 открыт, C1 заряжается через R2 до напряжения питания. R1 соединен с клеммой +, а T1 остается выключенным. В момент, когда S1 задан, база T1 подключается к общей цепи питания через R1, так что она включается и приводит в действие реле.

Положительный вывод C1 подключается к общей земле через переключатель S1. Учитывая, что этот конденсатор изначально был заряжен до напряжения питания, его клемма в этой точке становится отрицательной. Таким образом, напряжение на катушке реле в два раза превышает напряжение питания, и это втягивает реле. Разумеется, переключатель S1 можно заменить любым транзистором общего назначения, который можно включать и выключать по мере необходимости.