Signaalrelais - Wat zijn de basisprincipes?

Relais zijn waardevolle en veelgebruikte elektronische componenten die al sinds 1835 bestaan. Niettemin blijven ze in verschillende industrieën een belangrijke rol spelen. Zo worden ze gebruikt voor het op afstand besturen van schakelingen, wat nuttig is voor uiteenlopende toepassingen. Zelfs de eerste computers werden gebouwd met een groot aantal relais voor Booleaanse logische functies. Een van de belangrijkste subcategorieën van relais is het signaalrelais, dat specifieke toepassingen kent en vaak een belangrijke rol vervult in communicaties. Dit artikel geeft een inleiding tot het signaalrelais, inclusief wat het is, de verschillen met andere relais, belangrijke selectiecriteria en meer.

De basisprincipes van signaalrelais

Signaalrelais zijn in wezen elektrisch bediende elektromechanische schakelaars die de stroom in een circuit regelen. Ze werken door middel van een magnetische kracht als gevolg van een stuurstroom die door een spoel bij de contacten loopt. Deze kracht beweegt interne bewegende delen of contacten tussen de open en gesloten posities. Hierdoor kan een klein signaal een groter signaal aansturen. Signaalrelais zijn vergelijkbaar met vermogensrelais, maar zijn ontworpen voor een lage spanning en stroom, meestal minder dan 2 ampère, en schakelen lage vermogenssignalen met spanningswaarden meestal tussen de 5 _VDC en 30 _VDC. Daarom worden ze ook wel 'low signal relays' (relais voor zwakke signalen) genoemd.

Zoals vermeld, zijn signaalrelais ideaal voor toepassingen met lage spanning en stroom en met contacten die speciaal zijn ontworpen voor low-power toepassingen. Vermogensrelais, die een hogere stroom en spanning aankunnen, kunnen voor bepaalde toepassingen voordeliger zijn, maar kunnen low-power signalen in audio- of videocircuits beschadigen. In dat geval zijn signaalrelais een geschiktere keuze. Signaalrelais worden geleverd in kleine pakketten, perfect voor printplaatmontage, en bieden snellere schakeltijden. Ze zijn doorgaans goedkoper dan solid-state relais en worden niet beïnvloed door spannings- of stroomtransiënten. Bovendien zijn ze niet gevoelig voor EMI/RFI. Vanwege hun kleine vermogen genereren ze ook minder warmte dan solid-state relais, waardoor er doorgaans geen oplossingen voor thermisch beheer in het circuit nodig zijn.

Afbeelding 1: Vergelijking van de basisprincipes voor low-level en high-level relais. (Bron afbeelding: Same Sky)

De voordelen van signaalrelais

Signaalrelais bieden net als andere elektromechanische relais een verscheidenheid aan voordelen in projecten, waaronder:

• eenvoudig ontwerp
• elektrische isolatie
• robuuste werking
• kostenbesparing bij langeafstandsbedrading
• meerdere pakketten en functies
• immuniteit voor EMI/RFI

Wanneer de signaalrelais goed zijn afgestemd op de vermogensvereisten van de schakeling, hebben ze extra pluspunten zoals:

• bedieningsgemak
• klein formaat
• betaalbaar
• weerstand tegen mechanische schokken
• hoge isolatie tussen de interne spoel en de contacten

De belangrijkste specificaties en selectie van signaalrelais

Bij de keuze van een model signaalrelais voor een ontwerp moet rekening worden gehouden met verschillende factoren, waaronder:

• Spanningswaarde: de maximale spanning die het relais kan schakelen, meestal gemeten in V_DC of V_AC.
• Stroomsterkte: de maximale stroom die het relais kan schakelen, gemeten in ampère.
• Contactweerstand: de weerstand die wordt toegevoegd aan het belastingcircuit, gemeten in Ohm.
• Spoelspanning: de nominale stuurspanning voor de relaisspoel.
• Spoelstroom: de nominale stroom die de spoel verbruikt bij de nominale spoelspanning.
• Contactvorm: de schakelconfiguratie van het relais (aantal polen en normaal open of normaal gesloten configuratie). Bijvoorbeeld SPDT (1 Form C) en DPDT (2 Form C).
• Contactclassificatie: de stroom- en spanningswaarden voor gegarandeerde relaisprestaties. Bij wijze van voorbeeld wordt dit meestal uitgedrukt als 1 A @ 30 _VDC.
• Schakeltijd: de werkingssnelheid van het relais vanaf het moment waarop stuurstroom wordt toegepast tot het moment waarop de contacten sluiten, of omgekeerd.
• Montagetype: de montagemethode van de toepassing. Dit is meestal op de printplaat via doorgangsboring of opbouwmontage.
• Diëlektrische sterkte: de maximale spanning die een relais gedurende een bepaalde periode zonder schade kan verdragen.
• Bedrijfstemperatuur: het gespecificeerde temperatuurbereik waarbinnen een relais veilig en probleemloos zonder degradatie kan werken.

Met de bovenstaande lijst in gedachten kan een ontwerper vervolgens beginnen met het kiezen van een signaalrelais voor een project. Bepaal om te beginnen de vereiste spanning en stroomsterkte op basis van de maximale schakelbelasting van het circuit. Het is belangrijk te weten dat signaalrelais doorgaans 2 A of minder schakelen.

Bepaal vervolgens de vereiste en het type stuurspanning (gelijkstroom of wisselstroom) en geef het aantal te schakelen polen/circuits aan. Moet het circuit/de schakeling normaal open (NO) of normaal gesloten (NC) zijn?

Ten slotte is het belangrijk rekening te houden met de wijze van montage van de component in het circuit, zoals paneelmontage, DIN-rail, opbouw of doorgangsboring. Door de vereiste specifieke parameters te bepalen, is het mogelijk een relais te vinden dat voldoet aan de behoeften van het systeem zonder overspecificatie.

Afbeelding 2: De basisstappen voor het selecteren van een signaalrelais. (Bron afbeelding: Same Sky)

Toepassingen van het signaalrelais

Signaalrelais worden vanwege hun geringe schakelvermogen gebruikt in een groot aantal toepassingen, zowel voor de consument als voor commerciële doeleinden. Ze bieden een efficiënte oplossing voor netwerkapparaten die signalen vereisen over lange afstand en met een hogere spanning en stroom dan wat de meeste elektronica aankan. Signaalrelais zijn ook nuttig in snel reagerende toepassingen die niet zoveel vermogen vereisen als een vermogensrelais. Een thermostaat gebruikt bijvoorbeeld in alledaagse omgevingen zoals woningen en kantoren een lage spanning en stroom, maar moet een signaal sturen naar de oven of de airconditioning. Een signaalrelais kan met behulp van het kleine controlesignaal een signaal doorgeven aan de verwarmings- of airco-unit, zodat deze de juiste actie kan ondernemen.

Conclusie

Aangezien elektronische systemen steeds geavanceerder worden, ontstaat vaak de behoefte aan volledige elektrische isolatie tussen een schakelsignaal en het geschakelde signaal. Het signaalrelais biedt een oplossing voor het veilig op afstand besturen van stroom en spanning.

Deze componenten worden op grote schaal gebruikt in allerlei industriële en consumentenproducten en -systemen om stroom te schakelen in verschillende soorten circuits. Nadat de vereisten van een ontwerp zijn vastgesteld, biedt Same Sky een assortiment signaalrelais om aan de behoeften van ontwerpers te voldoen op het gebied van schakelingen met lage stroom.