Options pour une tension de bobine réduite et la modulation de la largeur d’impulsion (PWM)
Réduction de la puissance de la bobine : (ne s’applique pas aux relais à enclenchement)
Il est souvent souhaitable de réduire la consommation totale de puissance de contrôle et la génération de chaleur. Une façon de le faire consiste à réduire la consommation d’énergie de la bobine du relais. Voici deux méthodes utilisées pour y parvenir pour les relais à bobine CC. Cependant, il est important de noter que la réduction de la puissance de la bobine par n’importe quelle méthode réduit la capacité du relais à maintenir l’armature du relais en place, ce qui réduit la tolérance aux chocs et aux vibrations du relais.
De même, si un choc et/ou une vibration déverrouillent le relais, il se déclenchera et ne fonctionnera pas à nouveau jusqu’à ce qu’il soit entraîné à nouveau par au moins la tension de fonctionnement minimale. En particulier dans le cas d’applications critiques pour la sécurité, il faut veiller à ce que la conception globale du contrôle s’adapte à cette condition en toute sécurité.
Toutes ces techniques reposent sur la tension de maintien du relais telle que définie dans la note d’application « Un entraînement approprié de la bobine est essentiel aux bonnes performances du relais et du contacteur ». Notez que le paramètre « de maintien » n’est normalement pas contrôlé pendant la fabrication, ni spécifié sur la fiche technique. Si vous envisagez de mettre en œuvre une réduction de la puissance de la bobine, il faut au moins consulter TE Product Engineering, et il peut également être nécessaire de commander un relais spécial dont la tension « de maintien » est contrôlée de manière que la fonctionnalité globale soit prévisible et fiable.
- Tension de bobine réduite :
Une méthode pour réduire la puissance de la bobine consiste à utiliser deux alimentations différentes et bien filtrées qui sont toutes deux connectées à la bobine du relais (généralement une diode en circuit « OU » avec isolation) et à deux moyens d’entraînement distincts. Il existe également plusieurs moyens différents de mettre cela en œuvre, mais le plus courant est le suivant :
Figure 1.
Tout d’abord, (1) le relais est actionné en permettant à la plus élevée des deux tensions (égale ou supérieure à la tension de bobine nominale) pendant au moins 100 millisecondes de fonctionner et de stabiliser le relais de manière fiable, puis (2) la tension inférieure d’une amplitude au moins égale ou supérieure à la tension « de maintien » est activée et l’entraînement de tension supérieure est désactivé de sorte que la tension inférieure maintient le relais en état de fonctionnement.
En fonction de la faible tension de « maintien » de ce relais et de la variation de température ambiante, le concepteur doit s’assurer que la tension de « maintien » est suffisamment élevée pour s’adapter au niveau de choc et de vibration attendu dans l’application et que l’armature reste en place.
Pour certaines familles de relais qui ont déjà été étudiées, TE Product Engineering peut offrir une certaine assistance concernant les détails de cette évaluation.
- PWM (Modulation de largeur d’impulsion)
Une autre méthode de réduction de la puissance de la bobine est la modulation de la largeur d’impulsion (PWM). Dans ce schéma, la bobine de relais est entraînée par un niveau de tension continue initial (1) d’au moins la tension nominale de « fonctionnement » pendant au moins 100 millisecondes, puis le transistor d’entraînement est désactivé (2) et « activé » (3) à une fréquence et un rapport cyclique souhaitables qui « maintiendront » le relais dans son état de fonctionnement. Étant donné que la réponse de la fréquence et du rapport cyclique varie pour chaque mécanisme de relais, tension de bobine et puissance de bobine, ainsi que pour plusieurs autres facteurs, il s’agit d’une mise en œuvre complexe. TE Product Engineering doit toujours être consulté pendant la phase de conception du contrôle.
Figure 2.
Conseils généraux pour la modulation de la largeur d’impulsion :
- Une « diode de recirculation » doit toujours être utilisée directement à travers la bobine du relais pour permettre au courant de circuler à nouveau et aider à maintenir le relais dans son état de fonctionnement. Aucune diode ou résistance Zener ne devrait se trouver dans la boucle de recirculation, car cela réduit la capacité de résister au temps « de désactivation ».
- Surtout au-dessus d’environ 10 kHz, le transistor à commutation doit être évalué pour être fiable à cette fréquence et la diode à travers la bobine doit être de type Shottky ou Fast Recovery. Cela signifie généralement que les transistors Darlington ne sont pas utilisables au-dessus de 10 kHz et que des FET ou des transistors bipolaires à gain élevé d’un certain type sont nécessaires.
- Il est généralement recommandé que la fréquence ne soit pas inférieure à 15 kHz afin d’éviter tout bruit de contrôle audible, en particulier pour les applications en environnement silencieux.
En fonction de la tension appliquée, de la réponse en fréquence du type de relais et de la variation de température ambiante (qui affecte le rapport L/R et donc la réponse en fréquence), le concepteur doit s’assurer que la tension, la fréquence et le rapport cyclique sont suffisants pour supporter le niveau de choc et de vibration attendu dans l’application.
Pour certaines familles de relais qui ont déjà été étudiées, TE Product Engineering peut offrir une certaine assistance concernant les détails de cette évaluation.
Vous trouverez ci-dessous un exemple type de la réponse de la fréquence et du rapport cyclique d’un relais particulier, donnant les valeurs minimales absolues nécessaires pour maintenir le relais en état de fonctionnement à différentes fréquences et différents cycles de service. ATTENTION : Les valeurs de l’exemple du tableau ci-dessous sont fournies à titre de référence uniquement et sont basées sur un petit échantillon de 10 relais. Elles ne doivent jamais être utilisées directement dans la conception de la commande, car le fonctionnement du relais sera également affecté par les chocs, les vibrations et la température de la bobine, de sorte qu’un cycle d’utilisation plus élevé sera toujours nécessaire en fonction de l’application. Encore une fois, TE Product Engineering peut vous conseiller plus en détail, en particulier pour les familles de relais pour lesquelles de telles données existent.
Autres variantes de bobine à impulsion :
Différents autres schémas d’entraînement de bobine à impulsion tels que « pompe de charge » sont également parfois utilisés, mais ils utilisent principalement des formes d’onde de charge/décharge exponentielles (plutôt que rectangulaires) qui sont très difficiles à évaluer et à contrôler pour assurer un entraînement correct de la bobine. De telles techniques ne doivent être utilisées qu’après une évaluation très minutieuse.
Figure 3.
Options pour une tension de bobine réduite et la modulation de la largeur d’impulsion (PWM)
Réduction de la puissance de la bobine : (ne s’applique pas aux relais à enclenchement)
Il est souvent souhaitable de réduire la consommation totale de puissance de contrôle et la génération de chaleur. Une façon de le faire consiste à réduire la consommation d’énergie de la bobine du relais. Voici deux méthodes utilisées pour y parvenir pour les relais à bobine CC. Cependant, il est important de noter que la réduction de la puissance de la bobine par n’importe quelle méthode réduit la capacité du relais à maintenir l’armature du relais en place, ce qui réduit la tolérance aux chocs et aux vibrations du relais.
De même, si un choc et/ou une vibration déverrouillent le relais, il se déclenchera et ne fonctionnera pas à nouveau jusqu’à ce qu’il soit entraîné à nouveau par au moins la tension de fonctionnement minimale. En particulier dans le cas d’applications critiques pour la sécurité, il faut veiller à ce que la conception globale du contrôle s’adapte à cette condition en toute sécurité.
Toutes ces techniques reposent sur la tension de maintien du relais telle que définie dans la note d’application « Un entraînement approprié de la bobine est essentiel aux bonnes performances du relais et du contacteur ». Notez que le paramètre « de maintien » n’est normalement pas contrôlé pendant la fabrication, ni spécifié sur la fiche technique. Si vous envisagez de mettre en œuvre une réduction de la puissance de la bobine, il faut au moins consulter TE Product Engineering, et il peut également être nécessaire de commander un relais spécial dont la tension « de maintien » est contrôlée de manière que la fonctionnalité globale soit prévisible et fiable.
- Tension de bobine réduite :
Une méthode pour réduire la puissance de la bobine consiste à utiliser deux alimentations différentes et bien filtrées qui sont toutes deux connectées à la bobine du relais (généralement une diode en circuit « OU » avec isolation) et à deux moyens d’entraînement distincts. Il existe également plusieurs moyens différents de mettre cela en œuvre, mais le plus courant est le suivant :
Figure 1.
Tout d’abord, (1) le relais est actionné en permettant à la plus élevée des deux tensions (égale ou supérieure à la tension de bobine nominale) pendant au moins 100 millisecondes de fonctionner et de stabiliser le relais de manière fiable, puis (2) la tension inférieure d’une amplitude au moins égale ou supérieure à la tension « de maintien » est activée et l’entraînement de tension supérieure est désactivé de sorte que la tension inférieure maintient le relais en état de fonctionnement.
En fonction de la faible tension de « maintien » de ce relais et de la variation de température ambiante, le concepteur doit s’assurer que la tension de « maintien » est suffisamment élevée pour s’adapter au niveau de choc et de vibration attendu dans l’application et que l’armature reste en place.
Pour certaines familles de relais qui ont déjà été étudiées, TE Product Engineering peut offrir une certaine assistance concernant les détails de cette évaluation.
- PWM (Modulation de largeur d’impulsion)
Une autre méthode de réduction de la puissance de la bobine est la modulation de la largeur d’impulsion (PWM). Dans ce schéma, la bobine de relais est entraînée par un niveau de tension continue initial (1) d’au moins la tension nominale de « fonctionnement » pendant au moins 100 millisecondes, puis le transistor d’entraînement est désactivé (2) et « activé » (3) à une fréquence et un rapport cyclique souhaitables qui « maintiendront » le relais dans son état de fonctionnement. Étant donné que la réponse de la fréquence et du rapport cyclique varie pour chaque mécanisme de relais, tension de bobine et puissance de bobine, ainsi que pour plusieurs autres facteurs, il s’agit d’une mise en œuvre complexe. TE Product Engineering doit toujours être consulté pendant la phase de conception du contrôle.
Figure 2.
Conseils généraux pour la modulation de la largeur d’impulsion :
- Une « diode de recirculation » doit toujours être utilisée directement à travers la bobine du relais pour permettre au courant de circuler à nouveau et aider à maintenir le relais dans son état de fonctionnement. Aucune diode ou résistance Zener ne devrait se trouver dans la boucle de recirculation, car cela réduit la capacité de résister au temps « de désactivation ».
- Surtout au-dessus d’environ 10 kHz, le transistor à commutation doit être évalué pour être fiable à cette fréquence et la diode à travers la bobine doit être de type Shottky ou Fast Recovery. Cela signifie généralement que les transistors Darlington ne sont pas utilisables au-dessus de 10 kHz et que des FET ou des transistors bipolaires à gain élevé d’un certain type sont nécessaires.
- Il est généralement recommandé que la fréquence ne soit pas inférieure à 15 kHz afin d’éviter tout bruit de contrôle audible, en particulier pour les applications en environnement silencieux.
En fonction de la tension appliquée, de la réponse en fréquence du type de relais et de la variation de température ambiante (qui affecte le rapport L/R et donc la réponse en fréquence), le concepteur doit s’assurer que la tension, la fréquence et le rapport cyclique sont suffisants pour supporter le niveau de choc et de vibration attendu dans l’application.
Pour certaines familles de relais qui ont déjà été étudiées, TE Product Engineering peut offrir une certaine assistance concernant les détails de cette évaluation.
Vous trouverez ci-dessous un exemple type de la réponse de la fréquence et du rapport cyclique d’un relais particulier, donnant les valeurs minimales absolues nécessaires pour maintenir le relais en état de fonctionnement à différentes fréquences et différents cycles de service. ATTENTION : Les valeurs de l’exemple du tableau ci-dessous sont fournies à titre de référence uniquement et sont basées sur un petit échantillon de 10 relais. Elles ne doivent jamais être utilisées directement dans la conception de la commande, car le fonctionnement du relais sera également affecté par les chocs, les vibrations et la température de la bobine, de sorte qu’un cycle d’utilisation plus élevé sera toujours nécessaire en fonction de l’application. Encore une fois, TE Product Engineering peut vous conseiller plus en détail, en particulier pour les familles de relais pour lesquelles de telles données existent.
Autres variantes de bobine à impulsion :
Différents autres schémas d’entraînement de bobine à impulsion tels que « pompe de charge » sont également parfois utilisés, mais ils utilisent principalement des formes d’onde de charge/décharge exponentielles (plutôt que rectangulaires) qui sont très difficiles à évaluer et à contrôler pour assurer un entraînement correct de la bobine. De telles techniques ne doivent être utilisées qu’après une évaluation très minutieuse.
Figure 3.
