Optionen für stufenerhöhte Spulenspannung und Impulsbreitenmodulation (PWM)
Spulenleistungsreduzierung: (gilt nicht für arretierende Relais)
Oft ist es wünschenswert, den Gesamtverbrauch des Steuerstroms sowie die Wärmeentwicklung zu reduzieren. Dafür kann beispielsweise der Stromverbrauch der Relaisspule reduziert werden. Im Folgenden werden zwei Methoden erläutert, mit denen dies bei DC-Spulenrelais erreicht werden kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei einer Reduzierung der Spulenleistung, egal mit welcher Methode, das Relais nicht mehr so gut den Sitz des Relaisankers aufrechterhalten kann und so die Stoß- und Vibrationstoleranz des Relais sinkt.
Wenn das Relais durch Schock und/oder Vibration entriegelt wird, löst es aus und arbeitet erst wieder, wenn es wieder mit mindestens der Mindestbetriebsspannung betrieben wird. Gerade bei sicherheitskritischen Anwendungen ist bei der Gesamtsteuerung darauf zu achten, dass dieser Zustand sicher berücksichtigt wird.
Alle derartigen Techniken beruhen auf der „Halt“-Spannung des Relais, wie in der Anwendungsnotiz „Ein geeigneter Spulenantrieb ist wichtig für eine gute Leistung von Relais und Schütz“ definiert. Beachten Sie, dass der Parameter „Halten“ normalerweise nicht während der Fertigung gesteuert oder im Datenblatt angegeben wird. Wenn man eine Leistungsreduzierung der Spule plant, ist es notwendig, sich mit TE Product Engineering in Verbindung setzen, und es kann auch erforderlich sein, ein spezielles Relais zu bestellen, dessen „Halte“-Spannung so gesteuert wird, dass die Gesamtfunktionalität vorhersehbar und zuverlässig ist.
- Stufenweise verringerte Spulenspannung:
Eine Methode zur Reduzierung der Spulenleistung besteht darin, zwei verschiedene, gut gefilterte Stromversorgungen zu verwenden, die beide mit der Relaisspule (in der Regel mit einer Diode „OR'd“ zusammen zur Isolierung) und mit zwei getrennten Antriebsmitteln verbunden sind. Es gibt auch mehrere verschiedene Möglichkeiten, dies umzusetzen, aber die gebräuchlichste wird im Folgenden gezeigt:
Abbildung 1
Zuerst (1) wird das Relais betätigt, indem die höhere der beiden Spannungen (gleich oder größer als die angegebene Nenn-Spulenspannung) für mindestens 100 Millisekunden aktiviert wird, um das Relais zuverlässig zu betätigen und zu stabilisieren, dann (2) wird die niedrigere Spannung mit einer Größe, die mindestens gleich oder größer als die „Halt“-Spannung ist, aktiviert und die Ansteuerung mit der höheren Spannung wird deaktiviert, so dass die niedrigere Spannung das Relais im betätigten Zustand hält.
Je nachdem, wie niedrig die „Halt“-Spannung für dieses Relais und die Umgebungstemperaturabweichung ist, muss der Konstrukteur sicherstellen, dass die „Halt“-Spannung hoch genug ist, um den in der Anwendung erwarteten Stoß- und Vibrationspegel zu erreichen, und dass der Anker sitzen bleibt.
Für einige Relaisfamilien, die bereits untersucht wurden, kann TE Product Engineering einige Unterstützung in den Details dieser Bewertung anbieten.
• PWM (Impulsbreitenmodulation)
Eine weitere Methode zur Reduzierung der Spulenleistung ist die Impulsbreitenmodulation (PWM). Bei diesem Schema wird die Relaisspule durch einen anfänglichen Gleichspannungspegel (1) von mindestens der nominalen „Betriebsspannung“ für mindestens 100 Millisekunden angesteuert, dann wird der Ansteuertransistor bei einer gewünschten Frequenz und einem gewünschten Tastverhältnis, die das Relais in seinem Betriebszustand „halten“, „aus“ (2) und „ein“ (3) geschaltet. Da die Frequenz und der Arbeitszyklus-Antwort für jeden Relaismechanismus, die Spulenspannung, die Spulenleistung und mehrere andere Faktoren variieren, ist dies eine komplexe Implementierung. TE Product Engineering sollte stets während der Steuerungsplanungsphase konsultiert werden.
Abbildung 2
Allgemeine PWM-Tipps:
• Eine „Umwälzdiode“ muss immer direkt über die Relaisspule verwendet werden, damit der Strom wieder zirkulieren kann und das Relais im Betrieb halten kann. Es sollte sich keine Zenerdiode oder kein Widerstand in der Rezirkulationsschleife befinden, da dies die Fähigkeit verringert, die „Aus“-Zeit zu überstehen.
• Insbesondere oberhalb von ca. 10 kHz muss der Schalttransistor bei dieser Frequenz zuverlässig sein und die Diode über die Spule muss ein Shottky- oder Fast-Recovery-Typ sein. Dies bedeutet in der Regel, dass Darlington-Transistoren oberhalb von 10 kHz nicht verwendbar sind und dass FETs oder bipolare Transistoren mit hoher Verstärkung irgendeines Typs erforderlich sind.
• Es wird allgemein empfohlen, dass die Frequenz nicht weniger als 15 kHz beträgt, um hörbares Kontrollgeräusch zu vermeiden – insbesondere für Anwendungen in ruhigen Umgebungen.
Abhängig von der angelegten Spannung, dem Frequenzgang des Relaistyps und der Umgebungstemperaturschwankung (die sich auf das L/R-Verhältnis und damit auf den Frequenzgang auswirkt) muss der Konstrukteur sicherstellen, dass die Spannung, die Frequenz und die Einschaltdauer ausreichen, um den in der Anwendung erwarteten Stoß- und Vibrationspegel zu berücksichtigen.
Für einige Relaisfamilien, die bereits untersucht wurden, kann TE Product Engineering einige Unterstützung in den Details dieser Bewertung anbieten.
Unten ist ein typisches Beispiel für das Frequenz- und Belastungszyklusreaktion eines bestimmten Relais dargestellt, das die absoluten Mindestwerte angibt, die erforderlich sind, um das Relais bei verschiedenen Frequenzen und Belastungszyklen in seinem Betriebszustand zu halten. VORSICHT: Die Werte im Beispieldiagramm unten sind nur als Referenz und basieren auf einer kleinen Probe, bestehend aus 10 Relais. Sie sollten niemals direkt in der Steuerungskonstruktion verwendet werden, da der Relaisbetrieb auch durch Stöße, Vibrationen und Spulentemperatur beeinträchtigt wird, sodass je nach Anwendung immer ein höherer Arbeitszyklus erforderlich wäre. Auch hier kann TE Product Engineering näher beraten – insbesondere für die Relaisfamilien, für die solche Daten vorhanden sind.
- Andere Impulsspulen-Varianten:
Verschiedene andere gepulste Spulenantriebsschemata wie z.B. „Ladepumpe“ werden manchmal auch verwendet, aber sie verwenden meist exponentielle (statt rechteckige) Lade-/Entlade-Wellenformen, die sehr schwer auszuwerten und zu kontrollieren sind, um einen ordnungsgemäßen Spulenantrieb zu gewährleisten. Solche Techniken sollten nur nach sehr sorgfältiger Bewertung verwendet werden.
Abbildung 3
Optionen für stufenerhöhte Spulenspannung und Impulsbreitenmodulation (PWM)
Spulenleistungsreduzierung: (gilt nicht für arretierende Relais)
Oft ist es wünschenswert, den Gesamtverbrauch des Steuerstroms sowie die Wärmeentwicklung zu reduzieren. Dafür kann beispielsweise der Stromverbrauch der Relaisspule reduziert werden. Im Folgenden werden zwei Methoden erläutert, mit denen dies bei DC-Spulenrelais erreicht werden kann. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bei einer Reduzierung der Spulenleistung, egal mit welcher Methode, das Relais nicht mehr so gut den Sitz des Relaisankers aufrechterhalten kann und so die Stoß- und Vibrationstoleranz des Relais sinkt.
Wenn das Relais durch Schock und/oder Vibration entriegelt wird, löst es aus und arbeitet erst wieder, wenn es wieder mit mindestens der Mindestbetriebsspannung betrieben wird. Gerade bei sicherheitskritischen Anwendungen ist bei der Gesamtsteuerung darauf zu achten, dass dieser Zustand sicher berücksichtigt wird.
Alle derartigen Techniken beruhen auf der „Halt“-Spannung des Relais, wie in der Anwendungsnotiz „Ein geeigneter Spulenantrieb ist wichtig für eine gute Leistung von Relais und Schütz“ definiert. Beachten Sie, dass der Parameter „Halten“ normalerweise nicht während der Fertigung gesteuert oder im Datenblatt angegeben wird. Wenn man eine Leistungsreduzierung der Spule plant, ist es notwendig, sich mit TE Product Engineering in Verbindung setzen, und es kann auch erforderlich sein, ein spezielles Relais zu bestellen, dessen „Halte“-Spannung so gesteuert wird, dass die Gesamtfunktionalität vorhersehbar und zuverlässig ist.
- Stufenweise verringerte Spulenspannung:
Eine Methode zur Reduzierung der Spulenleistung besteht darin, zwei verschiedene, gut gefilterte Stromversorgungen zu verwenden, die beide mit der Relaisspule (in der Regel mit einer Diode „OR'd“ zusammen zur Isolierung) und mit zwei getrennten Antriebsmitteln verbunden sind. Es gibt auch mehrere verschiedene Möglichkeiten, dies umzusetzen, aber die gebräuchlichste wird im Folgenden gezeigt:
Abbildung 1
Zuerst (1) wird das Relais betätigt, indem die höhere der beiden Spannungen (gleich oder größer als die angegebene Nenn-Spulenspannung) für mindestens 100 Millisekunden aktiviert wird, um das Relais zuverlässig zu betätigen und zu stabilisieren, dann (2) wird die niedrigere Spannung mit einer Größe, die mindestens gleich oder größer als die „Halt“-Spannung ist, aktiviert und die Ansteuerung mit der höheren Spannung wird deaktiviert, so dass die niedrigere Spannung das Relais im betätigten Zustand hält.
Je nachdem, wie niedrig die „Halt“-Spannung für dieses Relais und die Umgebungstemperaturabweichung ist, muss der Konstrukteur sicherstellen, dass die „Halt“-Spannung hoch genug ist, um den in der Anwendung erwarteten Stoß- und Vibrationspegel zu erreichen, und dass der Anker sitzen bleibt.
Für einige Relaisfamilien, die bereits untersucht wurden, kann TE Product Engineering einige Unterstützung in den Details dieser Bewertung anbieten.
• PWM (Impulsbreitenmodulation)
Eine weitere Methode zur Reduzierung der Spulenleistung ist die Impulsbreitenmodulation (PWM). Bei diesem Schema wird die Relaisspule durch einen anfänglichen Gleichspannungspegel (1) von mindestens der nominalen „Betriebsspannung“ für mindestens 100 Millisekunden angesteuert, dann wird der Ansteuertransistor bei einer gewünschten Frequenz und einem gewünschten Tastverhältnis, die das Relais in seinem Betriebszustand „halten“, „aus“ (2) und „ein“ (3) geschaltet. Da die Frequenz und der Arbeitszyklus-Antwort für jeden Relaismechanismus, die Spulenspannung, die Spulenleistung und mehrere andere Faktoren variieren, ist dies eine komplexe Implementierung. TE Product Engineering sollte stets während der Steuerungsplanungsphase konsultiert werden.
Abbildung 2
Allgemeine PWM-Tipps:
• Eine „Umwälzdiode“ muss immer direkt über die Relaisspule verwendet werden, damit der Strom wieder zirkulieren kann und das Relais im Betrieb halten kann. Es sollte sich keine Zenerdiode oder kein Widerstand in der Rezirkulationsschleife befinden, da dies die Fähigkeit verringert, die „Aus“-Zeit zu überstehen.
• Insbesondere oberhalb von ca. 10 kHz muss der Schalttransistor bei dieser Frequenz zuverlässig sein und die Diode über die Spule muss ein Shottky- oder Fast-Recovery-Typ sein. Dies bedeutet in der Regel, dass Darlington-Transistoren oberhalb von 10 kHz nicht verwendbar sind und dass FETs oder bipolare Transistoren mit hoher Verstärkung irgendeines Typs erforderlich sind.
• Es wird allgemein empfohlen, dass die Frequenz nicht weniger als 15 kHz beträgt, um hörbares Kontrollgeräusch zu vermeiden – insbesondere für Anwendungen in ruhigen Umgebungen.
Abhängig von der angelegten Spannung, dem Frequenzgang des Relaistyps und der Umgebungstemperaturschwankung (die sich auf das L/R-Verhältnis und damit auf den Frequenzgang auswirkt) muss der Konstrukteur sicherstellen, dass die Spannung, die Frequenz und die Einschaltdauer ausreichen, um den in der Anwendung erwarteten Stoß- und Vibrationspegel zu berücksichtigen.
Für einige Relaisfamilien, die bereits untersucht wurden, kann TE Product Engineering einige Unterstützung in den Details dieser Bewertung anbieten.
Unten ist ein typisches Beispiel für das Frequenz- und Belastungszyklusreaktion eines bestimmten Relais dargestellt, das die absoluten Mindestwerte angibt, die erforderlich sind, um das Relais bei verschiedenen Frequenzen und Belastungszyklen in seinem Betriebszustand zu halten. VORSICHT: Die Werte im Beispieldiagramm unten sind nur als Referenz und basieren auf einer kleinen Probe, bestehend aus 10 Relais. Sie sollten niemals direkt in der Steuerungskonstruktion verwendet werden, da der Relaisbetrieb auch durch Stöße, Vibrationen und Spulentemperatur beeinträchtigt wird, sodass je nach Anwendung immer ein höherer Arbeitszyklus erforderlich wäre. Auch hier kann TE Product Engineering näher beraten – insbesondere für die Relaisfamilien, für die solche Daten vorhanden sind.
- Andere Impulsspulen-Varianten:
Verschiedene andere gepulste Spulenantriebsschemata wie z.B. „Ladepumpe“ werden manchmal auch verwendet, aber sie verwenden meist exponentielle (statt rechteckige) Lade-/Entlade-Wellenformen, die sehr schwer auszuwerten und zu kontrollieren sind, um einen ordnungsgemäßen Spulenantrieb zu gewährleisten. Solche Techniken sollten nur nach sehr sorgfältiger Bewertung verwendet werden.
Abbildung 3
