Mạch điều khiển rơ le bóng bán dẫn với công thức và tính toán

Trong bài viết này, chúng ta sẽ nghiên cứu toàn diện về mạch điều khiển rơ le bóng bán dẫn và tìm hiểu cách thiết kế cấu hình của nó bằng cách tính toán các thông số thông qua các công thức.

Tầm quan trọng của Rơle

Rơ le là một trong những linh kiện quan trọng nhất trong mạch điện tử. Đặc biệt trong các mạch có liên quan đến truyền tải công suất cao hoặc chuyển mạch tải xoay chiều chính, rơle đóng vai trò chính trong việc thực hiện các hoạt động.

Ở đây chúng ta sẽ học cách vận hành chính xác rơ le sử dụng bóng bán dẫn và áp dụng thiết kế trong hệ thống điện tử để chuyển đổi tải được kết nối mà không gặp vấn đề gì.

Để có một nghiên cứu chuyên sâu về cách hoạt động của rơle vui lòng đọc bài viết này

Rơ le, như chúng ta đều biết là một thiết bị cơ điện được sử dụng dưới dạng một công tắc.

Nó chịu trách nhiệm chuyển tải bên ngoài được kết nối với các tiếp điểm của nó để đáp ứng với công suất điện tương đối nhỏ hơn được áp dụng qua một cuộn dây liên quan.

Về cơ bản, cuộn dây được quấn qua một lõi sắt, khi một dòng điện một chiều nhỏ được đặt vào cuộn dây, nó sẽ cung cấp năng lượng và hoạt động giống như một nam châm điện.

Một cơ cấu tiếp điểm có lò xo được đặt ở vị trí gần với cuộn dây ngay lập tức phản ứng và bị hút về phía lực nam châm điện của cuộn dây được cấp năng lượng. Trong quá trình tiếp điểm kết nối một trong các cặp của nó với nhau và ngắt kết nối một cặp bổ sung được liên kết với nó.

Điều ngược lại xảy ra khi DC được TẮT vào cuộn dây và các tiếp điểm trở lại vị trí ban đầu của nó, kết nối bộ tiếp điểm bổ sung trước đó và chu kỳ có thể được lặp lại nhiều lần càng tốt.

Một mạch điện tử thông thường sẽ cần một trình điều khiển rơ le sử dụng tầng mạch bán dẫn để chuyển đổi đầu ra chuyển mạch DC công suất thấp của nó thành đầu ra chuyển mạch AC nguồn điện cao.

Tuy nhiên, các tín hiệu mức thấp từ một điện tử có thể xuất phát từ tầng vi mạch hoặc tầng bán dẫn dòng điện thấp có thể không có khả năng điều khiển rơ le trực tiếp. Bởi vì, một rơ le yêu cầu dòng điện tương đối cao hơn mà thường không có sẵn từ nguồn IC hoặc tầng bán dẫn dòng điện thấp.

Để khắc phục vấn đề trên, giai đoạn điều khiển rơ le trở nên cấp thiết đối với tất cả các mạch điện tử cần dịch vụ này.

Trình điều khiển rơ le không là gì ngoài một giai đoạn bóng bán dẫn bổ sung được gắn với rơ le cần được vận hành. Bóng bán dẫn thường được sử dụng duy nhất để vận hành rơle theo các lệnh nhận được từ giai đoạn điều khiển trước.

Sơ đồ mạch

Đề cập đến sơ đồ mạch trên, chúng ta thấy rằng cấu hình chỉ bao gồm một bóng bán dẫn, một điện trở cơ bản và rơle với một diode flyback.

Tuy nhiên, có một số phức tạp cần được giải quyết trước khi thiết kế có thể được sử dụng cho các chức năng cần thiết:

Vì điện áp truyền động cơ bản đến bóng bán dẫn là nguồn chính để điều khiển hoạt động của rơle, nó cần được tính toán hoàn hảo để có kết quả tối ưu.

Giá trị điện trở cơ bản id tỷ lệ thuận với dòng điện qua các dây dẫn cực thu / cực phát của bóng bán dẫn hay nói cách khác, dòng điện cuộn dây rơ le, là tải thu của bóng bán dẫn, trở thành một trong những yếu tố chính và ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị của điện trở cơ bản của bóng bán dẫn.

Công thức tính toán

Công thức cơ bản để tính điện trở cơ bản của bóng bán dẫn được đưa ra bởi biểu thức:

R = (Mỹ - 0,6) hFE / Dòng cuộn dây rơ le,

• Trong đó R = điện trở cơ bản của bóng bán dẫn,
• Us = Nguồn hoặc điện áp kích hoạt cho điện trở cơ bản,
• hFE = Độ lợi dòng chuyển tiếp của bóng bán dẫn,

Biểu thức cuối cùng là 'dòng điện rơle' có thể được tìm ra bằng cách giải quyết định luật Ôm sau:

I = Us / R, trong đó I là dòng rơ le yêu cầu, Us là điện áp cung cấp cho rơ le.

Ứng dụng thực tế

Có thể dễ dàng xác định điện trở cuộn dây rơle bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng.

Chúng tôi cũng sẽ là một tham số đã biết.

Giả sử nguồn cung cấp Us là = 12 V, điện trở của cuộn dây là 400 Ohms, khi đó

Dòng điện rơle I = 12/400 = 0,03 hoặc 30 mA.

Ngoài ra, Hfe của bất kỳ bóng bán dẫn tín hiệu thấp tiêu chuẩn nào có thể được giả định là khoảng 150.

Áp dụng các giá trị trên trong phương trình thực tế, chúng ta nhận được,

R = (Ub - 0,6) × Hfe ÷ Dòng điện chuyển tiếp

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

= 57.000 Ohms hoặc 57 K, giá trị gần nhất là 56 K.

Diode nối qua cuộn dây rơ le mặc dù không liên quan đến cách tính trên, nó vẫn không thể bỏ qua.

Diode đảm bảo rằng EMF ngược được tạo ra từ cuộn dây rơle được nối tắt qua nó và không bị đổ vào bóng bán dẫn. Nếu không có diode này, EMF phía sau sẽ cố gắng tìm một đường dẫn qua bộ phát cực thu của bóng bán dẫn và trong quá trình đó, bóng bán dẫn sẽ bị hư hỏng vĩnh viễn, trong vòng vài giây.

Mạch điều khiển rơ le sử dụng PNP BJT

Một bóng bán dẫn hoạt động tốt nhất như một công tắc khi nó được kết nối với cấu hình bộ phát chung, có nghĩa là bộ phát của BJT phải luôn được kết nối trực tiếp với đường 'đất'. Ở đây 'mặt đất' đề cập đến dòng tiêu cực đối với NPN và dòng tích cực đối với PNP BJT.

Nếu NPN được sử dụng trong mạch, tải phải được kết nối với bộ thu, cho phép nó được BẬT / TẮT bằng cách BẬT / TẮT đường âm của nó. Điều này đã được giải thích trong các cuộc thảo luận ở trên.

Nếu bạn muốn chuyển ON / OFF dòng dương, trong trường hợp đó bạn sẽ phải sử dụng PNP BJT để điều khiển rơle. Ở đây rơle có thể được kết nối qua đường âm của nguồn cung cấp và bộ thu của PNP. Vui lòng xem hình bên dưới để biết cấu hình chính xác.

Tuy nhiên, một PNP sẽ cần một bộ kích hoạt tiêu cực ở cơ sở của nó để kích hoạt, vì vậy trong trường hợp bạn muốn triển khai hệ thống với bộ kích hoạt tích cực thì bạn có thể phải sử dụng kết hợp cả BJT NPN và PNP như thể hiện trong hình sau:

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi cụ thể nào liên quan đến khái niệm trên, vui lòng bày tỏ chúng qua phần bình luận để nhận được câu trả lời nhanh chóng.

Trình điều khiển chuyển tiếp tiết kiệm điện

Thông thường, điện áp cung cấp cho một rơ le hoạt động được đo kích thước để đảm bảo rằng rơ le được kéo vào tối ưu. Tuy nhiên, điện áp duy trì yêu cầu thường thấp hơn nhiều.

Đây thường không bằng một nửa điện áp kéo vào. Do đó, phần lớn các rơle có thể hoạt động mà không gặp vấn đề gì ngay cả ở điện áp giảm này, nhưng chỉ khi nó được đảm bảo rằng ở điện áp kích hoạt ban đầu đủ cao cho việc kéo vào.

Mạch được trình bày dưới đây có thể lý tưởng cho các rơle được chỉ định làm việc với 100 mA hoặc thấp hơn và ở điện áp cung cấp dưới 25 V. Bằng cách sử dụng mạch này, hai lợi ích được đảm bảo: trước hết là các chức năng của rơle sử dụng dòng điện đáng kể ở mức thấp hơn 50% điện áp nguồn định mức và dòng điện giảm xuống còn khoảng 1/4 so với định mức thực của rơ le! Thứ hai, các rơ le có định mức điện áp cao hơn có thể được sử dụng với phạm vi cung cấp thấp hơn. (Ví dụ, một rơ le 9 V được yêu cầu hoạt động với 5 V từ nguồn cung cấp TTL).

Mạch có thể được nhìn thấy được nối với điện áp cung cấp có khả năng giữ rơ le hoàn hảo. Trong thời gian S1 mở, C1 được tích điện qua R2 đến điện áp nguồn. R1 được ghép với đầu cuối + và T1 vẫn ở trạng thái TẮT. Thời điểm S1 được đặt trước, đế T1 được kết nối với nguồn cấp chung thông qua R1, để nó chuyển sang BẬT và điều khiển rơle.

Cực dương của C1 nối với đất chung thông qua công tắc S1. Coi rằng tụ điện này ban đầu đã được sạc đến điện áp cung cấp - danh định của nó tại thời điểm này trở nên âm. Do đó, điện áp trên cuộn dây rơ le đạt gấp hai lần điện áp cung cấp, và điều này kéo trong rơ le. Công tắc S1 chắc chắn có thể được thay thế bằng bất kỳ bóng bán dẫn đa năng nào có thể bật hoặc tắt theo yêu cầu.