Circuito de relé de 12 V, convertido a relé de 5 V, bajo control uC

Unas preguntas sobre un pequeño proyecto de domótica que estoy intentando.

A continuación se muestra el esquema que encontré en un artículo, ligeramente modificado para adaptarse a las piezas que tengo a mano:

original tenía,

Q1 = BC548
Relay = 12V coil voltage

el mio tiene,

Q1 = BC547B
Relay = 5v coil voltage

P1) ¿Es esa una conversión aceptable?

Nota: El BC547B tiene Vcbo: 50 V, Vceo: 45 V, Vebo: 6 V, mientras que el BC548 en el circuito original tiene Vcbo: 30 V, Vceo: 30 V, Vebo: 5 V, el resto de los parámetros son bastante iguales a los de la hoja de datos (hFE :220-450).

El relé es del tipo de montaje en PCB SPDT (clasificado para 10 A a 230 VCA), también llamado "cubo de azúcar".

mi esquema

P2) La carga que estoy tratando de conducir es resistiva (lámpara incandescente de 60W 220VAC). ¿Qué cambios podría necesitar si quisiera conducir cargas como...

  • Lámpara fluorescente
  • Ventilador (220VAC, 60W)
  • Bomba de agua de 1 HP (220 VCA, 800 W): una idea es usar un relé de mayor corriente nominal (por ejemplo, 30 A). Pero creo que debo preocuparme por la retroalimentación EM que podría causar un arco y destruir el relé EM.

Q3) En este momento estoy haciendo esto en un veroboard (tipos fenólicos el-cheapo). Si bien entiendo que esto puede ser suficiente para el control de la lámpara/ventilador, me pregunto si necesito algo mejor para cargas más altas, como el control de la bomba de agua. ¿Cuál es el cable de calibre mínimo que se debe utilizar para este propósito? ¿Qué tipo de conectores (bloques de terminales) se pueden utilizar?

Respuestas (1)

  • NO UTILICE CA DE RED EN STRIP BOARD / VEROBOARD
    que sus días pueden ser largos sobre la faz de la tierra.

De hecho, esto es factible con una seguridad razonable con el cuidado adecuado.
PERO aprender lo que significa "adecuado" en este contexto es algo a lo que se llega mejor con algunos años de experiencia general. La destrucción del equipo y/o de la vida se logra fácilmente mediante la aplicación de la red de CA a las cosas y a las personas y no debe tratarse a la ligera, nunca.

Conecte el cableado principal a los contactos del relé directamente usando conectores apropiados o soldadura dura según corresponda. red eléctrica.

  • Tenga en cuenta que dije anteriormente SI el relé está montado en el veroboard,...".

    No lo recomiendo y no lo recomiendo.

    Eso fue solo para las personas a las que les gusta ignorar los buenos consejos y vivir peligrosamente. Es mejor no hacerlo hasta que haya vivido más tiempo y prosperado un poco. Como sabe, la cera de las alas tiende a derretirse cuando se vuela demasiado cerca del sol y las descargas eléctricas pueden ser letales.

    Si DEBE hacer esto
    (1) use alas de alta temperatura cuando vuele cerca del sol; el TEFLÓN puede ayudar. (2) Espacios mínimos
    de 8 mm / 0,33 pulgadas alrededor entre el contacto y cualquier otra cosa a bordo. ¡Un GAP es un agujero con aire! Veroboard y similares = Tablero fenólico = PAPEL más una resina. Confiar en el cartón para no rastrear, carbonizar, absorber humedad o hacer tratos con Murphy es poner su vida en riesgo. O de alguien más.




    Dejar un espacio de AIR es el equivalente a una distancia de fuga de 8 mm, que es lo que prescriben la mayoría de las autoridades reguladoras en casos similares.

    Dejar 8 mm de Veroboard como barrera de alimentación de CA es como lanzar una moneda al aire 10 veces y ver cara. Probablemente obtendrá al menos una cabeza y se sorprendería si no lo hiciera. La diferencia es que con una moneda tienes una mirada tonta en tu cara cuando fallas, mientras que con la red eléctrica de CA puedes terminar con una mirada tonta en tu cara muerta.


(P1) Su conductor es bueno EXCEPTO

  • La resistencia de la unidad base es demasiado baja. ee abajo.

  • han usado un símbolo muy poco estándar y confuso para los contactos de salida. Supongo que se trata de un contacto SPDT = polo único de doble tiro (= cambio único) con aislamiento entre el circuito de salida y 5V.

El transistor puede o no estar bien dependiendo de la corriente de la bobina; consulte a continuación.
No especifica la corriente de la bobina, pero dice que es de 200 mA.
Icolector = Ibobina = 200 mA
Ibase >> a > Icolector/Beta = 200 mA / 200 = 1 mA

Yo base = (Vdrive - Vbe) / Rbase o
Rbase = (Vdrive - Vbe ) / Ibase.

Para Vdrive = 5V,
Rbase = (5-0,7) / 0,001 = 4300 ohmios.

Es deseable una resistencia que proporcione sustancialmente más de 1 mA (permite que la beta sea baja, etc.). Entonces R1 = 1k = 1000 ohmios estaría bien.

Incluso con, digamos, una unidad de 3V.
Ib = (Vaccionamiento - Vbe)/R1 = (3-0,7)/1000 = 2,3 mA.
Con una Beta de 200 Icmax = beta x Ib = 200 x 2.3 = 460 mA.
Si la corriente del relé < 200 mA, entonces 1K sigue siendo bueno.
Si la corriente del relé es más alta, el valor de R1 PUEDE necesitar un ajuste, probablemente no.


(P2) Su circuito básico es bueno para la potencia de carga en cualquier nivel sensible, sujeto a una potencia de accionamiento de bobina adecuada Y posiblemente algún tipo de desaire de los contactos.

El relé o contactor debe tener contactos clasificados para la carga transportada, que estará en la hoja de datos correspondiente.

Un "amortiguador" es un circuito diseñado para absorber energía de CA transitoria que, de lo contrario, puede causar arcos cuando los contactos se abren. Por lo general, consta de una serie C y R, de modo que C limita la corriente a un valor bajo en R en condiciones normales, pero cuando ocurren transitorios de alta tensión y/o alta frecuencia, la corriente R y la disipación aumentan y absorben la energía transitoria.

Ha habido varias otras preguntas de intercambio de pila con respecto a los amortiguadores, por ejemplo,
aquí y aquí y aquí y aquí
y hay muchos recursos en la web, por ejemplo,
Wikipedia
Buena introducción
Buena. Ligeramente más complejo

Bueno - con calculadora en línea

ingrese la descripción de la imagen aquí

Versión no disipativa (desde el enlace de arriba)

ingrese la descripción de la imagen aquí

y el fabricante de relés, etc., a menudo especificará lo que se necesita para su producto con una carga determinada.


[Q3} Tamaño del cable. Tamaño del bloque de terminales.

Demasiado general para una respuesta fácil.
Hay muchas tablas de cables disponibles para corriente/calibre.
"Tan grueso como pueda manejar con sensatez sin gran esfuerzo" suele ser suficiente.
Ocasionalmente, necesita lo suficientemente grueso como para ser duro o molesto, pero eso generalmente es a bajo voltaje, no a voltajes de red.


Selección de transistores:

El BC547b tiene una capacidad nominal de solo 100 mA Ic. Hoja de datos aquí
Esto puede estar bien, PERO hay disponible un transistor mucho mejor que a menudo es tan barato y, a veces, más barato.
Este es el BC337 (NPN). BC327 (PNP). También disponible en SOT23 SMD como BC817/BC807. Los uso como mis transistores "jellybean" estándar. Satisfarán casi cualquier necesidad para la que los usaría con sensatez y, en la mayoría de los casos, no hay un transistor mejor disponible sin pagar mucho más.

Estos están disponibles en varios rangos beta. Siempre compro el rango de bin beta más alto = BC337-40 que tiene beta en el rango de 250 - 600 con una media de 400.
BC337-40, etc. 800 mA*, 50V.
(* la corriente nominal varía según el proveedor 600 - 800 mA típico). 800 mA en la hoja de datos citada).

Digikey los tiene a $US0.14 / 100 aquí Esté atento porque a veces los encontrará por mucho menos, tal vez menos de 5 centavos en 100.

Hoja de datos BC337


Línea de fuga / Distancia de red

El PCB fenólico tiene sus usos especializados, pero realmente debe evitarse para la mayoría de los propósitos. Los ahorros en costos no son grandes en comparación con, por ejemplo, la fibra de vidrio FR4. Las principales ventajas de los fenólicos son el costo (ganancia menor) y la "perforabilidad". Es susceptible de cortar agujeros o ranuras, etc. mediante punzonado en lugar de perforar o enrutar. En general, es un material de PCB desagradable. Se rompe y se rompe. Corre el riesgo de avería. No es resistente al fuego ni a la humedad. ¡Advertencia emptor!

Excelente página de fuga y liquidación aquí

Excelente documento de diseño de seguridad de fuente de alimentación de TI aquí : imagen de esto que se muestra a continuación.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Excelente página de fuga y separación aquí .

Tenga en cuenta que dicen:

  • Al diseñar una fuente de alimentación conmutada para su uso en equipos de tecnología de la información (TI), una regla general típica es permitir una distancia de fuga de 8 mm entre los circuitos primario y secundario, y una distancia de 4 mm entre el primario y la tierra. Si se permiten estas dimensiones durante la etapa de diseño, existe una alta probabilidad (95 %) de que no ocurra ninguna falla con respecto a la fuga o la holgura cuando el producto final se someta a prueba.

Todo lo anterior puede llevarlo a concluir que mi consejo fue demasiado conservador y que puede usar límites más bajos con la placa Vero. no lo fue No se puede con ninguna seguridad.

En primer lugar, muchas gracias @Russell por una respuesta tan completa. Tengo algunas contrapreguntas para ayudar a entender esto mejor. PD> Si aún no está claro, mis preguntas adicionales aclararían que soy un novato en electrónica.
Re. su consejo contra el montaje de relés en veroboard, y luego la sugerencia "... deje agujeros grandes y completos en el veroboard alrededor de los contactos...", preguntándome qué tipo de "agujeros grandes y completos" debería hacer. ¿Y para qué sirven? Tal vez si tiene un gráfico para mostrar, lo dejaría claro.
@ icarus74 - Tenga en cuenta que dije SI el relé está montado en el veroboard,...". No lo recomiendo y no lo recomiendo. Eso fue solo para las personas a las que les gusta ignorar los buenos consejos y vivir peligrosamente. Es mejor no hacerlo. hasta que haya vivido más tiempo y prosperado un poco. Como sabe, la cera de las alas tiende a derretirse cuando vuela demasiado cerca del sol y las descargas eléctricas pueden ser letales. Si DEBE hacer esto (1) use alas de alta temperatura (2) 8 mm / Separaciones de 0,33 pulgadas alrededor MÍNIMO . Esto es el equivalente a una distancia de fuga de 8 mm , que es lo que prescriben la mayoría de las autoridades reguladoras en casos similares
@ icarus74: probablemente valga la pena señalar que si su relé está clasificado para cambiar cargas inductivas (por ejemplo, un motor, etc.), puede omitir el amortiguador. También puede omitir el amortiguador si su carga no es inductiva (como una bombilla). Probablemente sea mucho más fácil comprar relés de potencia nominal que construir un amortiguador.
(Para aclarar, me refiero al amortiguador de la carga . Siempre necesitará al menos el diodo de fuerza contraelectromotriz en el relé (este es el diodo conectado a través de la bobina del relé))
@RussellMcMahon, gracias por hacer hincapié en los factores de seguridad. Efectivamente eso es lo que queria saber. ¿Existen tales preocupaciones si tomo una ruta de PCB de bricolaje, con revestimiento de cobre fenólico, mientras honro el min. ancho de trazo y espacio libre entre trazos/conectores/cables, etc.? ¿Debería haber algún tipo de corte (una brecha física) en la PCB que separe las redes de CA/CC? He visto tal recomendación, pero parece que no puedo visualizar cómo se logrará.
Gracias @NombreFalso. Leyendo, tuve la impresión de que los circuitos amortiguadores son deseables, incluso si el relé tiene una clasificación suficiente, sin embargo, no estoy familiarizado con el "relé de potencia nominal", es decir, si son superiores a decir lo que tengo en la mano, en forma de este relevo
@ icarus74: algunos relés especifican explícitamente en sus hojas de datos que pueden manejar cargas inductivas. Vale la pena señalar que incluso si tiene un relé especificado para manejar cargas inductivas, un amortiguador mejorará su ciclo de vida. Sin embargo, también es un problema adicional para construir. Un amortiguador es generalmente una buena idea para cargas inductivas. sin embargo, no es esencial .
@ icarus74: el PCB fenólico tiene sus usos especializados, pero realmente debe evitarse para la mayoría de los propósitos. Los ahorros en costos no son grandes en comparación con, por ejemplo, la fibra de vidrio FR4. Las principales ventajas de los fenólicos son el costo (ganancia menor) y la "perforabilidad". Es susceptible de cortar orificios o ranuras, etc. mediante punzonado en lugar de taladrar o enrutar.
Gracias @NombreFalso. Probablemente porque he estado buscando en el extremo inferior (en cuanto al precio) de los relés EM, es posible que no haya encontrado aquellos cuya hoja de datos indica que también son buenos para cargas inductivas. De hecho, la mayoría de las hojas de datos de relés que he visto hasta ahora tienen 1 o 2 páginas y no son muy ricas en información. Si conoce alguna pieza específica, o marca/serie que pueda encajar en la factura, le agradeceríamos que la señalara.
@RussellMcMahon, sincera gratitud. Ese es un vínculo y un gráfico llenos de información poderosa. Ahora veo lo que quieres decir (y lo que significan los otros artículos). El enfoque de fenólico/placa de prototipos era solo para la creación de prototipos, y una vez que tuve todo funcionando, de todos modos estaba planeando optar por PCB hechos profesionalmente en FR4, probablemente con máscara de soldadura, serigrafía y todo. Estaba buscando una forma relativamente segura (es decir, manejada por un ingeniero) de prototipo.
@ icarus74: aquí hay una buena parte de Omron que demuestra de lo que estoy hablando. Es interesante el hecho de que las clasificaciones de potencia para una carga inductiva son más pequeñas que las de una carga no inductiva (7,5 A frente a 10 A).
@ icarus74: otra cosa a tener en cuenta es que los relés grandes a menudo requieren una corriente mínima para funcionar de manera confiable. Básicamente, los contactos del relé se mantienen limpios por la chispa que se produce cuando se rompe la conexión. Si intenta usar un relé grande de alta corriente para conmutar cargas de bajo voltaje y baja corriente (digamos, 10 mA), puede volverse intermitente después de un tiempo (generalmente miles de ciclos). Si se encuentra en una situación en la que está utilizando un relé para conmutar una carga pequeña , debe utilizar un dispositivo de tamaño adecuado.
En una nota relacionada, mi bomba de agua actual es una monofásica autocebante de 0.75kW/1HP, con una clasificación de 5A a 220V. Sin un amortiguador, ¿sería aceptable un terrón de azúcar montado en pcb, clasificado para hasta 12A @ 220V como este , para la creación de prototipos, o sería inseguro? Tenga en cuenta que me gustaría energizar este relé NO durante hasta 30 minutos a la vez. ¡Al leer la hoja de datos, tengo la impresión de que se supone que este relé debe operarse en un rango de milisegundos! (gráfico de potencia de tiempo frente a bobina) ¿Es esa la interpretación correcta?
@ icarus74: si es solo para un prototipo, no veo por qué no. En general, si está cambiando una carga inductiva, si reduce la potencia del relé en ~ 33-50%, probablemente esté a salvo. Siempre que la situación pueda manejar que el relé no se apague correctamente, puede empujarlo más cerca de las clasificaciones. Nuevamente, no haga esto en producción, ni en ningún lugar donde el relé funcione como se desea es una necesidad . La prueba es otra cosa.
@ icarus74: por cierto, los números de milisegundos en la hoja de datos son los tiempos de actuación . Básicamente, significa que si aplica energía a la bobina, el relé habrá comenzado a conducir en 10 ms. Cuando detenga la alimentación a la bobina, debe estar en circuito abierto dentro de los 5 ms.
Gracias @FakeName, por la parte de Omron y las aclaraciones.
@ icarus74: los tiempos críticos son la ruptura del contacto y, en menor medida, la creación del contacto. Cuando se activa, por lo general no hay problemas si la corriente no está muy por encima del valor nominal.