Schakelschema vergrendelingsrelais: werkingsprincipe, bedradingsgids en selectietips

Het ontwerpen van een schakelschema voor een vergrendelend relais is een van die taken die ingewikkeld lijkt totdat je het kernidee begrijpt: het relais onthoudt zijn laatste toestand zonder continue spoelstroom te verbruiken. De praktische conclusie is simpel: zodra u kiest tussen een apparaat met één spoel en een apparaat met twee spoel, wordt het bedradingspatroon een voorspelbaar ontwerp met twee knoppen dat u kunt hergebruiken voor slimme meters, lichtregeling en laadpaaltoepassingen. In deze handleiding leggen we het werkingsprincipe uit, laten we diagramvoorbeelden zien, vergelijken we vergrendelende relais met standaardrelais en doorlopen we de selectiecriteria die van belang zijn bij de productie.

Wat is een vergrendelingsrelais?

Een houdrelais is een elektromechanisch relais dat zijn contacten in een open of gesloten positie houdt via een magnetische grendelstructuur, zonder dat er continue stroom door de spoel nodig is. Bij een standaard niet-vergrendelend relais moet de spoel bekrachtigd blijven om de contacten in de geschakelde positie te houden. Een vergrendelend relais heeft daarentegen slechts een korte puls nodig om van toestand te veranderen, en vervolgens houdt een permanente magneet of restmagnetische kracht die toestand in stand.

Vanuit het perspectief van een ontwerper worden hiermee drie problemen tegelijk aangepakt: energieverbruik, warmteopwekking en risico op doorbranden van de spoel. Denk aan een slimme meter die 24 uur per dag werkt. Een niet-vergrendelende relaisspoel die 150 mW continu verbruikt, verbruikt ongeveer 1,3 kWh per jaar, terwijl een vergrendelende relais tussen schakelgebeurtenissen vrijwel niets verbruikt. Over een levensduur van tien jaar loopt dat verschil op.

Als u een opfriscursus nodig heeft over hoe relay-contacten en categorieën werken, kunt u ons artikel lezen op hoe een relais werkt en de contacttypen ervan .

Hoe werkt een vergrendelingsrelais?

Twee stabiele staten

Een houdrelais heeft twee mechanisch stabiele posities. Wanneer de ingestelde spoel een puls ontvangt, beweegt het anker naar de gesloten positie en houdt de magnetische grendel het daar vast. Wanneer de resetspoel een puls ontvangt, beweegt het anker terug en houdt de grendel het in de open positie. De contacten veranderen niet van toestand wanneer de stroom wordt onderbroken, omdat de magnetische vergrendeling niet afhankelijk is van de spoelstroom.

Ontwerpen met één spoel versus ontwerpen met dubbele spoel

De belangrijkste beslissing bij het bestuderen van een schakelschema van een vergrendelend relais is het spoeltype. Een vergrendelend relais met één spoel maakt gebruik van polariteitsomkering: één draad is positief om in te stellen, negatief om te resetten of het tegenovergestelde. Een houdrelais met dubbele spoel gebruikt twee onafhankelijke spoelen: één voor instellen en één voor reset. Dit vereenvoudigt de bedrading wanneer u alleen een eenvoudige push-pull-bediening nodig heeft of wanneer het driver-IC slechts één uitgang per richting heeft.

Voor ontwerpen waarbij beide opties acceptabel zijn, wordt de FH31L elektrisch houdrelais met opties voor enkelspoel en dubbelspoel biedt beide versies in een compatibele voetafdruk, waardoor u flexibiliteit krijgt zonder een nieuw bordontwerp.

FH31L 80A Vergrendelingsrelais met enkele en dubbele spoelopties Dit 80A houdrelais biedt zowel versies met enkele als dubbele spoel in een compatibele footprint, waardoor het bordontwerp wordt vereenvoudigd. Het voldoet aan de IEC62052-31:2005 UC2- en RoHS-normen, waardoor het geschikt is voor slimme metertoepassingen. Bekijk Product →

Voorbeelden van schakelschema's met vergrendelingsrelais

Set/reset-bedrading met dubbele spoel

In een configuratie met twee spoelen zijn de instelspoel en de resetspoel bedraad als afzonderlijke aftakkingen van de positieve rail naar aarde. Als u op de instelknop drukt, wordt de instelspoel tijdelijk bekrachtigd en wordt het relais vergrendeld. Door op de resetknop te drukken wordt de resetspoel bekrachtigd en wordt de vergrendeling vrijgegeven.

Bedrading met omkering van de polariteit met één spoel

In een ontwerp met één spoel gebruiken zowel set als reset dezelfde spoel. Om van status te wisselen, keert u de polariteit van de spanning om die op de spoel wordt toegepast. Een typische benadering maakt gebruik van een H-brug of twee transistors die in een push-pull-configuratie zijn gerangschikt. Eén puls met positieve polariteit stelt het relais in, terwijl een puls met omgekeerde polariteit het relais reset. Omdat de spoel voor beide bewerkingen hetzelfde is, is de PCB-voetafdruk kleiner, maar zijn de drivercircuits iets complexer.

MCU-aangedreven houdrelais

Wanneer een microcontroller een vergrendelend relais aanstuurt, kunt u twee GPIO-pinnen met transistors gebruiken voor een apparaat met dubbele spoel, of een H-brugdriver voor een apparaat met één spoel. Omdat het relais alleen stroom trekt tijdens de schakelpuls, kan de driver worden beoordeeld op een korte puls in plaats van op een continue belasting. Dit maakt MCU-aangedreven circuits bijzonder aantrekkelijk in apparaten op batterijen en slimme meetsystemen waarbij elke milliwatt telt.

Vergrendelend relais versus niet-vergrendelend relais

De keuze hangt af van of uw applicatie een geheugenfunctie of een fail-safe status nodig heeft. Als een stroomverlies moet leiden tot een uit-toestand, is een niet-vergrendelend relais veiliger. Als het apparaat na een stroomonderbreking zijn toestand moet behouden en de juiste positie moet herstellen, is een vergrendelend relais de betere oplossing.

Hoe u het juiste vergrendelingsrelais kiest

Spoel spanning

Zorg ervoor dat de spoelspanning overeenkomt met uw voedingsrail. Veel voorkomende waarden zijn 5V, 12V en 24V. Een spoel met een vermogen van 12 V die werkt op 5 V zal niet betrouwbaar vergrendelen en overspanning kan de isolatie beschadigen. Als uw circuit polariteitsomkering gebruikt, zorg er dan voor dat de driver zowel positieve als negatieve pulsen netjes kan leveren.

Spoeltype

De keuze tussen single-coil en dual-coil hangt af van uw drivercircuit. Dual-coil biedt eenvoudigere besturingslogica omdat instellen en resetten onafhankelijk zijn. Single-coil gebruikt minder aansluitingen, maar vereist omkering van de polariteit, waardoor het aantal drivercomponenten toeneemt. Voor een ontwerp met beperkte printplaatruimte is een dual-coil-apparaat met een compacte pinout vaak gemakkelijker te routeren.

Contactconfiguratie

Selecteer het contactformulier op basis van uw lading. SPST is de eenvoudigste, maar met SPDT en dubbelcontactstructuren kunt u twee circuits tegelijkertijd besturen. Gevorkte contacten verbeteren de betrouwbaarheid bij het schakelen van signalen met lage stroomsterkte en zijn handig wanneer u zowel voedings- als hulpsignalen vanaf één relais moet schakelen.

Laad beoordelingen

Schakelstroom, spanning en inschakelstroom zijn allemaal van belang. Ohmse belastingen zijn gemakkelijker te hanteren dan inductieve of capacitieve belastingen, die transiënten genereren die contacten kunnen lassen. Voor een toepassing van 16A tot 20A met UL- en CQC-goedkeuringsvereisten is de FH42L-houdrelais met UL- en CQC-conformiteit is een praktische optie omdat deze is getest voor mondiale markten en gebruik maakt van een standaard PCB-terminallay-out.

FH42L 16A/20A vergrendelingsrelais met UL- en CQC-goedkeuring Dit 16A/20A-houdrelais is gecertificeerd volgens UL en CQC en biedt betrouwbaar schakelen voor de mondiale markten. De doorslagspanning van 5 KV en de spoelvoeding van 250 mW zijn geschikt voor smart home- en meterbesturingskaarten. Bekijk Product →

Problemen met veelvoorkomende vergrendelingsrelais oplossen

• Het relais verandert niet van status: Controleer de spoelspanning en driver. Zorg ervoor dat de pulsduur minimaal 20 ms tot 50 ms bedraagt, zodat het anker volledig beweegt.
• Het relais houdt de status niet vast: Inspecteer de magnetische grendel. Een te korte impuls kan het anker in een tussenpositie laten staan, waardoor de grendel niet volledig vergrendelt.
• Contacten plakken of lassen: Verminder de inschakelstroom of gebruik een contactmateriaal dat geschikt is voor de belasting, zoals AgSnO2, dat beter bestand is tegen boogerosie dan contacten met alleen zilver.
• Ruis of vals schakelen: Voeg flyback-diodes toe over de spoel, vooral in circuits met dubbele spoel, en filter toevoerleidingen met ruis met een kleine condensator in de buurt van het relais.

Toepassingen waar vergrendelingsrelais schitteren

Vergrendelende relais zijn gebruikelijk bij slimme elektriciteitsmeters, omdat het relais gedurende lange perioden in een bepaalde toestand moet blijven zonder de meter leeg te laten lopen. Ze worden ook veel gebruikt in slimme verlichtingsregelingen in huis, oplaadpalen, industriële automatisering en nieuwe energiesystemen. In deze omgevingen vermindert het vermogen om een ​​toestand vast te houden zonder continu spoelvermogen de zelfopwarming en verlengt de levensduur van de PCB-assemblage.

Voor slimme meter- en verlichtingscontroletoepassingen is de W30L-vergrendelingsrelais ontworpen voor slimme meter- en lichtregeling biedt een compacte voetafdruk en een schakelbaar vasthoudmechanisme, waardoor het direct geschikt is voor meter- en verlichtingsbesturingskaarten. Je kunt ook verkennen hoe Fanhar slimme elektriciteitsmetertoepassingen ondersteunt om te zien hoe deze componenten integreren in productie-implementaties.

W30L 40A/50A Vergrendelrelais voor slimme meter en verlichtingsregeling Dit houdrelais kan tot 50 A verwerken met een compact formaat en een handmatige bedieningsschakelaar. Het is UL-, TUV- en CQC-compatibel, waardoor het direct geschikt is voor meter- en lichtregeltoepassingen. Bekijk Product →

Veelgestelde vragen

Vraag 1: Hebben vergrendelingsrelais constant vermogen nodig?

Nee. Een vergrendelend relais heeft slechts een puls nodig om van status te wisselen. Na het schakelen houdt de magnetische vergrendeling de contacten op hun plaats zonder continue spoelstroom, zodat de spoel geen stroom verbruikt terwijl het relais inactief is.

Vraag 2: Wat is beter: single-coil of dual-coil?

Het hangt af van de bestuurder. Dual-coil is gemakkelijker te bedienen met eenvoudige GPIO's omdat instellen en resetten onafhankelijk zijn. Single-coil spaart aansluitingen, maar vereist circuits voor polariteitsomkering, zoals een H-brug. Als u optimaliseert voor PCB-ruimte, is een dual-coil met een compacte terminalindeling meestal handig.

Vraag 3: Kan een vergrendelend relais open of dicht gaan?

Ja. Mechanische slijtage, gelaste contacten of een defecte magnetische vergrendeling kunnen beide faalwijzen veroorzaken. Een juiste belastingselectie, adequate spoelaandrijving en een relais met een robuuste contactstructuur helpen deze storingen te voorkomen.

Vraag 4: Hoe lang moet de stuurpuls zijn?

Normaal gesproken is 20 ms tot 50 ms voldoende voor een 12V- of 24V-houdrelais. Langere pulsen beschadigen het relais niet, maar verspillen energie, terwijl extreem korte pulsen het anker mogelijk niet volledig bewegen en tot onbetrouwbaar schakelen kunnen leiden.

Conclusie

Een schakelschema van een vergrendelend relais is gemakkelijk te lezen als u eenmaal weet of het apparaat één of twee spoelen gebruikt. Zodra het spoeltype duidelijk is, volgt de bedrading een voorspelbaar patroon en verschuift het belangrijkste ontwerpwerk naar het selecteren van de juiste spoelspanning, contactwaarde en beschermingscomponenten. Voor slimme meters, lichtregeling en nieuwe energieapparatuur zijn de energiebesparingen en de betrouwbaarheid op lange termijn van een vergrendelend relais moeilijk te evenaren met een niet-vergrendelend alternatief.