Sơ đồ mạch rơle chốt: Nguyên lý làm việc, hướng dẫn nối dây và mẹo lựa chọn

Thiết kế sơ đồ mạch rơle chốt là một trong những nhiệm vụ có vẻ phức tạp cho đến khi bạn hiểu ý tưởng cốt lõi: rơle ghi nhớ trạng thái cuối cùng của nó mà không tiêu thụ dòng điện cuộn dây liên tục. Kết luận thực tế rất đơn giản: sau khi bạn quyết định giữa thiết bị cuộn dây đơn và thiết bị cuộn dây kép, kiểu đi dây sẽ trở thành thiết kế hai nút có thể dự đoán được mà bạn có thể sử dụng lại trên các ứng dụng đồng hồ thông minh, điều khiển ánh sáng và cột sạc. Trong hướng dẫn này, chúng tôi chia nhỏ nguyên tắc làm việc, hiển thị các ví dụ về sơ đồ, so sánh rơle chốt với rơle tiêu chuẩn và xem qua các tiêu chí lựa chọn quan trọng trong sản xuất.

Rơle chốt là gì?

Rơle chốt là một rơle điện cơ giữ các tiếp điểm của nó ở vị trí mở hoặc đóng thông qua cấu trúc chốt từ mà không cần dòng điện liên tục qua cuộn dây. Trong rơle không chốt tiêu chuẩn, cuộn dây phải được cấp điện để các tiếp điểm duy trì ở vị trí chuyển mạch. Ngược lại, rơle chốt chỉ cần một xung ngắn để thay đổi trạng thái và sau đó một nam châm vĩnh cửu hoặc lực từ dư sẽ duy trì trạng thái đó.

Từ quan điểm của nhà thiết kế, điều này giải quyết cùng lúc ba vấn đề: tiêu thụ năng lượng, sinh nhiệt và nguy cơ cháy cuộn dây. Hãy xem xét một đồng hồ thông minh hoạt động suốt ngày đêm. Cuộn dây rơle không chốt có công suất 150 mW liên tục tiêu thụ khoảng 1,3 kWh mỗi năm, trong khi rơle chốt hầu như không tiêu thụ gì giữa các lần chuyển mạch. Trong thời gian sử dụng mười năm, sự khác biệt đó sẽ tăng lên.

Nếu bạn cần xem lại cách hoạt động của danh mục và liên hệ chuyển tiếp, bạn có thể xem lại bài viết của chúng tôi về cách thức hoạt động của rơle và các loại tiếp điểm của nó .

Rơle chốt hoạt động như thế nào?

Hai trạng thái ổn định

Rơle chốt có hai vị trí ổn định về mặt cơ học. Khi cuộn dây đặt nhận được một xung, phần ứng sẽ chuyển sang vị trí đóng và chốt từ giữ nó ở đó. Khi cuộn dây reset nhận được một xung, phần ứng sẽ di chuyển trở lại và chốt giữ nó ở vị trí mở. Các tiếp điểm không thay đổi trạng thái khi mất điện vì chốt từ không phụ thuộc vào dòng điện trong cuộn dây.

Thiết kế cuộn dây đơn và cuộn dây kép

Quyết định chính khi nghiên cứu sơ đồ mạch rơle chốt là loại cuộn dây. Rơle chốt một cuộn dây sử dụng đảo cực: một dây dương để đặt, âm để đặt lại hoặc ngược lại. Rơle chốt cuộn dây kép sử dụng hai cuộn dây độc lập: một để đặt và một để đặt lại. Điều này giúp đơn giản hóa việc đấu dây khi bạn chỉ cần điều khiển kéo đẩy đơn giản hoặc khi IC điều khiển chỉ có một đầu ra cho mỗi hướng.

Đối với những thiết kế có thể chấp nhận được một trong hai phương án, thì Rơle chốt điện FH31L với các tùy chọn cuộn dây đơn và cuộn dây kép cung cấp cả hai phiên bản với kích thước tương thích, giúp bạn linh hoạt mà không cần thiết kế lại bo mạch.

Rơle chốt FH31L 80A với các tùy chọn cuộn dây đơn và kép Rơle chốt 80A này cung cấp cả phiên bản cuộn dây đơn và cuộn dây kép với kích thước tương thích, giúp đơn giản hóa thiết kế bảng mạch. Nó đáp ứng các tiêu chuẩn IEC62052-31:2005 UC2 và RoHS, khiến nó phù hợp với các ứng dụng đồng hồ thông minh. Xem sản phẩm →

Ví dụ về sơ đồ mạch chốt rơle

Bộ dây kép / đặt lại dây

Trong cấu hình cuộn dây kép, cuộn dây cài đặt và cuộn dây đặt lại được nối thành các nhánh riêng biệt từ đường ray dương tới mặt đất. Nhấn nút cài đặt trong giây lát sẽ cấp điện cho cuộn dây cài đặt và chốt rơle. Nhấn nút đặt lại sẽ cấp điện cho cuộn đặt lại và nhả chốt.

Dây đảo cực đơn cuộn dây

Trong thiết kế một cuộn dây, cả thiết lập và đặt lại đều sử dụng cùng một cuộn dây. Để chuyển trạng thái, bạn đảo ngược cực tính của điện áp đặt vào cuộn dây. Cách tiếp cận điển hình sử dụng cầu H hoặc hai bóng bán dẫn được sắp xếp theo cấu hình kéo đẩy. Một xung có cực tính dương sẽ đặt lại rơle, trong khi một xung có cực tính ngược sẽ đặt lại nó. Bởi vì cuộn dây giống nhau cho cả hai hoạt động nên diện tích PCB nhỏ hơn nhưng mạch điều khiển phức tạp hơn một chút.

Rơle chốt điều khiển bằng MCU

Khi bộ vi điều khiển điều khiển rơle chốt, bạn có thể sử dụng hai chân GPIO có bóng bán dẫn cho thiết bị cuộn dây kép hoặc trình điều khiển cầu H cho thiết bị cuộn dây đơn. Vì rơle chỉ rút dòng điện trong xung chuyển mạch nên trình điều khiển có thể được đánh giá cho xung ngắn thay vì tải liên tục. Điều này làm cho các mạch điều khiển bằng MCU trở nên đặc biệt hấp dẫn trong các thiết bị chạy bằng pin và hệ thống đo lường thông minh nơi mỗi miliwatt đều có giá trị.

Rơle chốt so với Rơle không chốt

Sự lựa chọn phụ thuộc vào việc ứng dụng của bạn cần chức năng bộ nhớ hay trạng thái không an toàn. Nếu mất điện dẫn đến trạng thái tắt thì rơle không chốt sẽ an toàn hơn. Nếu thiết bị phải bảo toàn trạng thái và khôi phục lại vị trí chính xác sau khi mất điện thì rơle chốt sẽ phù hợp hơn.

Cách chọn Rơle chốt phù hợp

Điện áp cuộn dây

Ghép điện áp cuộn dây với đường ray cung cấp của bạn. Các giá trị phổ biến bao gồm 5V, 12V và 24V. Cuộn dây định mức 12V hoạt động ở mức 5V sẽ không chốt chắc chắn và quá điện áp có thể làm hỏng lớp cách điện. Nếu mạch của bạn sử dụng đảo cực, hãy đảm bảo trình điều khiển có thể cung cấp cả xung dương và xung âm một cách rõ ràng.

Loại cuộn

Sự lựa chọn giữa cuộn dây đơn và cuộn dây kép phụ thuộc vào mạch điều khiển của bạn. Cuộn dây kép cung cấp logic điều khiển đơn giản hơn vì cài đặt và đặt lại là độc lập. Cuộn dây đơn sử dụng ít đầu cuối hơn nhưng yêu cầu đảo cực, điều này làm tăng số lượng thành phần trình điều khiển. Đối với thiết kế có không gian PCB hạn chế, thiết bị cuộn dây kép có sơ đồ chân nhỏ gọn thường dễ định tuyến hơn.

Cấu hình liên hệ

Chọn biểu mẫu liên hệ dựa trên tải của bạn. SPST là đơn giản nhất, nhưng cấu trúc SPDT và tiếp điểm kép cho phép bạn điều khiển hai mạch cùng một lúc. Các tiếp điểm chia đôi cải thiện độ tin cậy khi chuyển đổi tín hiệu dòng điện thấp và rất hữu ích khi bạn cần chuyển đổi cả tín hiệu nguồn và tín hiệu phụ từ một rơle.

Tải xếp hạng

Chuyển đổi dòng điện, điện áp và dòng điện khởi động đều quan trọng. Tải điện trở dễ xử lý hơn tải cảm ứng hoặc điện dung, tạo ra các quá độ có thể hàn các tiếp điểm. Đối với ứng dụng 16A đến 20A có yêu cầu phê duyệt UL và CQC, Rơle chốt FH42L tuân thủ UL và CQC là một lựa chọn thiết thực vì nó đã được thử nghiệm cho thị trường toàn cầu và sử dụng bố cục thiết bị đầu cuối PCB tiêu chuẩn.

Rơle chốt FH42L 16A/20A có phê duyệt UL và CQC Được chứng nhận theo UL và CQC, rơle chốt 16A/20A này cung cấp khả năng chuyển mạch đáng tin cậy cho thị trường toàn cầu. Điện áp đánh thủng 5KV và nguồn điện cuộn dây 250mW phù hợp với bảng điều khiển đồng hồ và nhà thông minh. Xem sản phẩm →

Khắc phục sự cố Rơle chốt thường gặp

• Rơle không thay đổi trạng thái: Kiểm tra điện áp cuộn dây và trình điều khiển. Đảm bảo thời lượng xung ít nhất là 20 ms đến 50 ms để phần ứng di chuyển hoàn toàn.
• Rơle sẽ không giữ trạng thái: Kiểm tra chốt nam châm. Xung quá ngắn có thể khiến phần ứng ở vị trí trung gian, do đó chốt không ăn khớp hoàn toàn.
• Danh bạ dính hoặc hàn: Giảm dòng điện khởi động hoặc sử dụng vật liệu tiếp xúc được định mức cho tải, chẳng hạn như AgSnO2, có khả năng chống xói mòn hồ quang tốt hơn so với các tiếp điểm chỉ có bạc.
• Tiếng ồn hoặc chuyển đổi sai: Thêm điốt flyback qua cuộn dây, đặc biệt là trong mạch cuộn dây kép và lọc các đường dây cung cấp nhiễu bằng một tụ điện nhỏ gần rơle.

Các ứng dụng ở đó Rơle chốt tỏa sáng

Rơle chốt thường gặp trong các công tơ điện thông minh vì rơle phải duy trì ở trạng thái nhất định trong thời gian dài mà không làm cạn kiệt đồng hồ. Chúng cũng được sử dụng rộng rãi trong điều khiển ánh sáng nhà thông minh, cột sạc, tự động hóa công nghiệp và hệ thống năng lượng mới. Trong những môi trường này, khả năng duy trì trạng thái không có nguồn điện cuộn dây liên tục giúp giảm khả năng tự phát nhiệt và kéo dài tuổi thọ của cụm PCB.

Đối với các ứng dụng điều khiển ánh sáng và đồng hồ thông minh, Rơle chốt W30L được thiết kế cho đồng hồ thông minh và điều khiển ánh sáng có kích thước nhỏ gọn và cơ cấu giữ có thể chuyển đổi, giúp nó phù hợp trực tiếp với bảng điều khiển đồng hồ đo và ánh sáng. Bạn cũng có thể khám phá Fanhar hỗ trợ ứng dụng công tơ điện thông minh như thế nào để xem các thành phần này tích hợp như thế nào trong quá trình triển khai sản xuất.

Rơle chốt W30L 40A/50A cho đồng hồ thông minh và điều khiển ánh sáng Rơle chốt này xử lý dòng điện lên đến 50A với thiết kế nhỏ gọn và công tắc điều khiển thủ công. Nó tuân thủ UL, TUV và CQC, khiến nó phù hợp trực tiếp với các ứng dụng điều khiển đồng hồ và ánh sáng. Xem sản phẩm →

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1: Rơle chốt có cần nguồn điện không đổi không?

Không. Rơle chốt chỉ cần một xung để chuyển trạng thái. Sau khi chuyển mạch, chốt từ giữ các tiếp điểm ở đúng vị trí mà không có dòng điện cuộn dây liên tục, do đó cuộn dây không tiêu thụ điện năng khi rơle không hoạt động.

Câu 2: Cái nào tốt hơn: cuộn đơn hay cuộn kép?

Nó phụ thuộc vào người lái xe. Cuộn dây kép dễ điều khiển hơn với các GPIO đơn giản vì cài đặt và đặt lại độc lập. Cuộn dây đơn tiết kiệm các thiết bị đầu cuối nhưng yêu cầu mạch đảo cực, chẳng hạn như cầu H. Nếu bạn đang tối ưu hóa không gian PCB, cuộn dây kép có bố trí đầu cuối nhỏ gọn thường rất tiện lợi.

Câu hỏi 3: Rơle chốt có thể mở hoặc đóng không?

Đúng. Sự mài mòn cơ học, các điểm tiếp xúc bị hàn hoặc chốt từ bị hỏng có thể gây ra cả hai chế độ hỏng hóc. Lựa chọn tải thích hợp, truyền động cuộn dây phù hợp và rơle có cấu trúc tiếp điểm chắc chắn giúp ngăn ngừa những hư hỏng này.

Q4: Xung điều khiển nên kéo dài bao lâu?

Thông thường, 20 ms đến 50 ms là đủ cho rơle chốt 12V hoặc 24V. Các xung dài hơn không làm hỏng rơle mà gây lãng phí năng lượng, trong khi các xung cực ngắn có thể không di chuyển hoàn toàn phần ứng và có thể dẫn đến việc chuyển mạch không đáng tin cậy.

Kết luận

Sơ đồ mạch rơle chốt rất dễ đọc khi bạn biết thiết bị sử dụng một hay hai cuộn dây. Khi loại cuộn dây đã rõ ràng, hệ thống dây điện sẽ tuân theo một mẫu có thể dự đoán được và công việc thiết kế chính sẽ chuyển sang chọn điện áp cuộn dây, định mức tiếp điểm và các thành phần bảo vệ chính xác. Đối với đồng hồ thông minh, điều khiển ánh sáng và thiết bị năng lượng mới, khả năng tiết kiệm năng lượng và độ tin cậy lâu dài của rơle chốt khó có thể so sánh được với giải pháp thay thế không chốt.