Relais tips & weetjes

G2RL-1A-E 5V DC relais

Een mechanisch relais is een door een elektromagneet bediende schakelaar.(Halfgeleider of solid-state types worden niet besproken)
Bij de meeste van deze relais is het niet mogelijk de elektromagneet (spoel) direct vanuit een micro controller (PIC) aan te sturen.
Of de spanning die de spoel nodig heeft is te hoog, of de stroom is hoger als het maximale wat de controller mag leveren (vaak maar 20mA).
Om dit op te lossen gebruikt men meestal een transistor om het relais aan te sturen.(figuur 1)
De basis stroom die een transistor nodig heeft om een relais aan te sturen is minimaal een factor 10 tot 20 kleiner als de relaisspoel stroom en valt dus makkelijker binnen wat de microcontroller leveren mag.

Figuur 1 toont parallel over de relaisspoel ook nog een diode.(ook genoemd vrijloopdiode)
De functie van deze diode is het kortsluiten van de terugslag spanning die ontstaat wanneer de stroom door de relaisspoel gestopt wordt (de transistor uit geleiding gaat)
Een spoel (dus ook een relaisspoel) kan men zich voor stellen als een vliegwiel, wanneer hier kracht (spanning) op gezet wordt, gaat het draaien (er gaat stroom lopen) de ohmse weerstand van de spoel beperkt uiteindelijk de stroom.
Als nu de stroom plotseling gestopt wordt heeft dit het effect van een stok tussen de spaken, de stroom wil blijven lopen en omdat er geen weerstand meer is ontstaat er een hoge spanning, deze spanning kan oplopen tot honderden volts en kan vernietigend zijn voor de transistor.
De geplaatste vrijloopdiode voorkomt dus dat er spanning op kan bouwen. Een algemeen type diode als de 1N4001 voldoet voor kleine relais.
Er bestaan ook relais met ingebouwde vrijloopdiode, kijkt daarom ook in de datasheet van het relais.

De spoel heeft nu wel wat meer tijd nodig om zijn energie (vliegwiel beweging) kwijt te raken, de stok tussen de spaken is nu een minder krachtige rem (kracht is spanning).
Het verschil in afval tijd van het relais, met en zonder vrijloopdiode, licht in de orde van 10 milli seconden (mSec). Meestal is 10 mSec geen probleem, het plaatsen van een 15 volt zener diode (zie figuur 2) in serie met de vrijloopdiode maakt dat de terugslag spanning wat verder op kan lopen en op die manier sneller de energie verwerkt. Dit kan de afval tijd van het relais terug brengen naar 3 a 4 mSec.

Relais hebben een bepaalde stroom nodig om de contacten aan te trekken (aanspreekstroom), om het contact vast te houden (houdstroom) is minder nodig, meestal ongeveer de helft.
In bepaalde gevallen kan het nodig zijn om het stroomverbruik zo klein mogelijk te houden, b.v. meerdere relais uit USB voeden.
Het gebruik van de schakeling figuur 1 geeft als stroomverbruik de aanspreekstroom gedurende ingeschakeld relais.
Het gebruik van de schakeling uit figuur 3 geeft als stroomverbruik de aanspreekstroom zolang de condensator nog niet geladen is, daarna afhankelijk van de waarde van de weerstand een lagere (houd)stroom. Op deze manier kan men het stroomverbruik halveren.

Bij aansturing vanuit een microcontroller is het ook mogelijk, zoals in figuur 4 getoond, gebruik te maken van PWM.
Voor het aantrekken van het relais stuurt men dan met 100% PWM aan en daarna met b.v. 50% PWM.

008