מה המשמעות של מתח המשיכה ומתח השחרור של ממסר?

ברוכים הבאים למדריך המלא שלנו על פרמטרים חשמליים מפתח ממסר. נסקור את מושגי הליבה של פעולת ממסר שחשובים לתכנון מערכת אמין.

מתח משיכה- נקרא גם מתח 'חייב לפעול'. זה מתח הסליל המינימלי הדרוש כדי להפעיל את הממסר. זה מעביר את המגעים שלו מהמיקום הרגיל שלהם למצב המופעל.

מתח שחרור הוא מתח ה"חובה לשחרר". זה המתח המקסימלי שבו ממסר מופעל בהחלט יופעל-. זה מאפשר לאנשי הקשר שלו לחזור למצבם הרגיל והמנוחה.

עליך להבין את שני הפרמטרים הללו כדי לתכנן מעגלים אלקטרוניים הניתנים לחיזוי, חזקים ועמידים לכשלים-. מדריך זה חורג מהגדרות פשוטות. נחקור השלכות מעשיות, גורמים סביבתיים המשפיעים על ערכים אלה, וכיצד לקרוא אותם נכון מגיליונות נתונים.

במדריך זה נעסוק ב:

ההגדרות הבסיסיות והפיזיקה מאחורי משיכה- פנימה ושחרור מתח.

הרעיון הקריטי של היסטרזיס ומדוע הוא מבטיח מיתוג יציב.

גורמים אמיתיים-בעולם כמו שינויים בטמפרטורה ובספק כוח שמשנים את ביצועי הממסר.

כיצד לקרוא ולפרש מפרטי גליון נתונים לתכנון מעגל אמין.

כללי עיצוב מעשיים ותיאור מקרה מעשי.

היסודות

מה זה משיכה-במתח?

מתח משיכה- מפעיל את הפעולה המכנית של הממסר. כאשר מתח מופעל על פני סליל הממסר, זרם זורם ויוצר שדה אלקטרומגנטי.

המשיכה- במתח היא הנקודה הספציפית שבה הכוח המגנטי הופך חזק מספיק. היא חייבת להתגבר על הכוחות המנוגדים המשולבים. אלה כוללים את המתח של קפיץ החזרה של האבזור ואת הלחץ הסטטי של המגעים הסגורים בדרך כלל.

במתח זה, האבזור נמשך לכיוון הליבה של הסליל. זה גורם למגעים הנעים לשנות את מצבם. מגעים פתוחים בדרך כלל ייסגרו, ומגעים סגורים בדרך כלל ייפתחו.

הערך בגליון נתונים הוא מקסימום מובטח. מתח המשיכה- בפועל של כל יחידת ממסר בודדת עשוי להיות נמוך יותר. גיליון הנתונים מבטיח שהממסר יפעל במתח שצוין זה או מתחתיו. לדוגמה, מתח חייב לפעול של פחות או שווה ל-9.6V.

עבור רוב ממסרי ה-DC הסטנדרטיים, מתח המשיכה- מצוין כאחוז ממתח הסליל הנומינלי. זה בדרך כלל 70% או 80%. עבור ממסר 12VDC נפוץ, מתח המשיכה המובטח-במתח יצוין כפחות או שווה ל-9.6VDC (80% מ-12V).

מהו מתח שחרור?

מתח שחרור מייצג את הסף להפעלה-. ככל שהמתח על פני סליל מופעל מופחת, זרימת הזרם פוחתת. השדה המגנטי נחלש.

מתח השחרור הוא הנקודה שבה הכוח המגנטי הופך חלש מדי. זה כבר לא יכול להחזיק את האבזור נגד הכוח המכני של קפיץ ההחזרה.

במתח זה, כוח השיקום של הקפיץ מתגבר על המשיכה המגנטית השיורית. זה מושך את האבזור הרחק מהליבה. פעולה זו מחזירה את אנשי הקשר למצבם הרגיל, ללא אנרגיה.-

כמו משיכה- במתח, מתח השחרור בגיליון נתונים הוא מינימום מובטח. מובטח שהממסר השתחרר ברגע שמתח הסליל יורד לרמה זו או מתחת. מפרט טיפוסי עשוי לקרוא "חייב לשחרר מתח גדול או שווה ל-1.2V".

ערך זה מבוטא לעתים קרובות גם כאחוז מהמתח הנומינלי. עבור ממסרי DC, מתח השחרור מוגדר בדרך כלל כ-10% או יותר מהדירוג הנומינלי. עבור ממסר 12VDC, מתח השחרור המובטח יהיה גדול או שווה ל-1.2VDC.

מושג ההיסטרזיס

מה המשמעות של מתח המשיכה ומתח השחרור של ממסר לפעולה יציבה? מתח המשיכה-במתח של ממסר תמיד גבוה משמעותית ממתח השחרור שלו. הבדל זה בין שני הספים ידוע בשם היסטרזיס.

מאפיין זה אינו פגם. זוהי תכונה בסיסית והכרחית לפעולת ממסר יציבה. היסטרזה מונעת מהממסר "לפטפט"-להתנדנד במהירות להפעלה וכיבוי-כאשר מתח הבקרה מרחף ליד נקודת מיתוג בודדת.

תאר לעצמך אם מתחי המשיכה והשחרור- היו זהים. כל רעש קטן או תנודה באות הבקרה סביב הסף היחיד הזה יגרום לממסר להידלק ולכבות במהירות. זה מוביל לקשתות מגע, בלאי מוקדם והתנהגות מערכת בלתי צפויה.

לולאת ההיסטרזיס מספקת פס מת. לאחר שהממסר נכנס פנימה, המתח חייב לרדת משמעותית לפני שהוא ישתחרר. זה מבטיח פעולת מיתוג נקייה והחלטית.

אנו יכולים לדמיין זאת באמצעות גרף פשוט המתווה את מצב הממסר כנגד מתח הסליל.

גרף זה מציג בבירור שני נתיבים נפרדים להפעלה וכיבוי. הם יוצרים לולאה המייצגת את ההיסטרזיס של הממסר.

גורמים אמיתיים-משפיעים על העולם

תפקיד טמפרטורת הסליל

הגורם היחיד המשפיע ביותר המשפיע על משיכה- פנימה ושחרור מתחים של ממסר במעגל אמיתי- בעולם הוא הטמפרטורה של הסליל שלו.

הפיזיקה היא פשוטה. סליל ממסר כרוך בחוט נחושת, בעל מקדם טמפרטורה חיובי של התנגדות. עבור נחושת, ערך זה הוא בערך +0.4% לכל מעלה צלזיוס.

ככל שהטמפרטורה של הסליל עולה, התנגדות ה-DC שלו עולה. זה קורה מסביבת סביבה גבוהה או מחימום עצמי- עקב פעולה רציפה. לפי חוק אוהם (V=IR), אם ההתנגדות (R) עולה, נדרש מתח גבוה יותר (V) כדי לייצר את אותה רמת זרם (I) הדרושה ליצירת השדה המגנטי המפעיל.

ככל שהסליל מתחמם, המשיכה האפקטיבית שלו-במתח עולה. ממסר שנכנס בצורה מהימנה ב-9V במעבדה של 25 מעלות עשוי לדרוש 11V או יותר כדי למשוך אותו כאשר הוא פועל בתוך מתחם חם ב-80 מעלות.

ההשפעה על מתח השחרור דומה. סליל חם יותר עם התנגדות גבוהה יותר אומר שהמתח חייב לרדת לרמה נמוכה יותר כדי להפחית את השדה המגנטי במידה מספקת כדי שהאבזור ישתחרר. לכן, מתח השחרור האפקטיבי גם עולה עם הטמפרטורה.

פעם חקרנו כשל בשטח שבו יחידת בקרה עבדה בצורה מושלמת במעבדה (25 מעלות) אך לא הצליחה להפעיל ממסר בטיחות קריטי במתחם חיצוני תחת שמש הקיץ (70 מעלות). העיצוב סיפק מתח ממש מעל המשיכה הקרה-במפרט. הוא לא הצליח להסביר את העלייה המשמעותית במשיכה-במתח בטמפרטורות גבוהות. הפתרון דרש תכנון מחדש של מעגל הדרייבר כדי לספק מתח מוצא מובטח גבוה יותר בכל התנאים התרמיים.

וריאציות של אספקת חשמל

ספק הכוח של מעגל לעולם אינו מושלם. הווריאציות שלו משפיעות ישירות על פעולת הממסר. מעצבים חייבים לתת את הדעת על המציאות הללו.

ראשית היא סובלנות האספקה ​​עצמה. ספק כוח מדורג עבור "12V" הוא לעתים קרובות 12V ±5% או אפילו ±10%. מעצב חייב לעבוד עם התרחיש הגרוע ביותר-. אם האספקה ​​יכולה לרדת ל-11.4V (-5%), המתח המינימלי הזה עדיין חייב להיות בנוחות מעל מתח המשיכה המקסימלי האפשרי של הממסר, בהתחשב בהשפעות הטמפרטורה המלאות.

שנית היא נפילת מתח, או נפילת I*R. לחוטים ולעקבות ה-PCB המחברים את מקור הכוח לסליל הממסר יש התנגדות. אפילו התנגדות קטנה לאורך רצף חוט ארוך עלולה לגרום לירידה משמעותית במתח כאשר הסליל שואב זרם. המתח בסליל הממסר יהיה נמוך מהמתח במסופי אספקת החשמל. יש לחשב גורם זה ולפצות עליו בתכנון.

לבסוף, אדוות מתח היא דאגה, במיוחד בספקי כוח AC-DC פשוטים יותר. אם האדוות במתח DC גדול מספיק, שוקת המתח עלולה לצלול מתחת למתח ההחזקה או שחרור של הממסר. זה גורם לממסר לפטפט או להשתחרר באופן בלתי צפוי. זה בעייתי במיוחד עבור מעגלים הפועלים קרוב לסף מתח השחרור.

השפעת דיכוי סליל

כאשר טרנזיסטור מכבה את הזרם לעומס אינדוקטיבי כמו סליל ממסר, השדה המגנטי המתמוטט משרה ספייק מתח גדול (V=-L * di/dt). ספייק זה יכול בקלות להרוס את הטרנזיסטור המניע אם לא מדוכא.

שיטת הדיכוי הנפוצה ביותר היא דיודת פליבק פשוטה הממוקמת במקביל לסליל. כאשר הטרנזיסטור נכבה, הדיודה מספקת נתיב בטוח לזרם המושרה להסתובב ולהתפוגג. זה מגן על הנהג.

עם זאת, לשיטה זו יש פשרות משמעותיות-. הזרם במחזוריות מאריך את קיומו של השדה המגנטי. זה מחזיק את אבזור הממסר במצב מופעל למשך זמן רב יותר. זה מגדיל באופן דרמטי את זמן השחרור של הממסר.

עיכוב זה יכול להיות בלתי מקובל ביישומים הדורשים מעבר מהיר. יתר על כן, ההתפרקות האיטית של השדה המגנטי יכולה גם להעלות ביעילות את המתח שבו הממסר משתחרר לבסוף.

עבור יישומים שבהם זמן השחרור הוא קריטי, נדרשות שיטות דיכוי טובות יותר. דיודת זנר בסדרה עם הדיודה הרגילה, או רשת קבלים נגד-(RC), יכולה לספק נתיב דעיכה מהיר יותר לזרם הסליל.

להלן השוואה של טכניקות דיכוי נפוצות:

בחירת שיטת הדיכוי הנכונה מהווה איזון בין הגנה על רכיב הדרייבר לבין השגת ביצועי שחרור הממסר הנדרשים.

יישום ועיצוב מעשיים

קריאת גליון נתונים

תרגום תיאוריה לפרקטיקה מתחיל בפירוש נכון של גיליון הנתונים של ממסר. סעיף נתוני הסליל מכיל את מפרטי המתח הקריטיים השולטים בתכנון מעגל הנהג שלך.

בואו נפרק את הפרמטרים המרכזיים שתמצאו.

מתח סליל נומינלי:זהו מתח ההפעלה הסטנדרטי, המיועד לשימוש מתמשך. הממסר מיועד לביצועים ותוחלת חיים מיטביים במתח זה.

חייב להפעיל (משוך- פנימה) מתח:זה מצוין כערך מרבי (למשל, פחות או שווה ל-9.6V). המעגל שלך חייב לספק לפחות מתח זה בכל התנאים (במקרה הגרוע ביותר, אספקה ​​נמוכה, טמפרטורה מקסימלית) כדי להבטיח הפעלה.

חובה לשחרר מתח:זה מצוין כערך מינימלי (למשל, גדול או שווה ל-1.2V). כדי להבטיח שהממסר מתבטל-, מתח המצב "כבוי" של המעגל שלך חייב להיות מתחת לרמה זו.

מתח רציף מקסימלי:זהו המתח הגבוה ביותר שהסליל יכול לעמוד בו ללא הגבלה מבלי להתחמם יתר על המידה או לסבול מנזק. חריגה מזה יכולה לקצר דרסטית את חיי הממסר.

להלן דוגמה לטבלת נתוני סליל טיפוסית עבור ממסר "קוביית סוכר" של 12VDC.

קריאה מדוקדקת היא חיונית. שים לב שמפרטי הליבה הללו ניתנים לעתים קרובות בטמפרטורת ייחוס, בדרך כלל 25 מעלות. כפי שדיברנו, ערכים אלה ישתנו בטמפרטורות הפעלה שונות.

עיצוב מקרה: UVLO

בואו ליישם את המושגים הללו לבעיית עיצוב מעשית: יצירת מעגל סוללה תת-מתח (UVLO).

המטרה היא להגן על סוללת עופרת-12V מפני פריקה עמוקה. המעגל חייב לנתק עומס אוטומטית כאשר מתח הסוללה יורד לרמה קריטית, למשל, 11.5V. זה צריך לחבר מחדש את העומס רק לאחר שהסוללה נטענה למתח בריא יותר, כמו 12.5V.

האתגר הוא לבחור ממסר מתאים ולתכנן את היגיון הבקרה. ההיסטרזיס הטבעי של ממסר נראה מושלם למשימה זו.

הניתוח שלנו דורש מהממסר לבצע שתי פעולות המבוססות על ספי מתח:

הממסר חייבלְשַׁחְרֵר(נתק את העומס) כאשר מתח המערכת יורד ל-11.5V.

הממסר חייבלמשוך- פנימה(חבר מחדש את העומס) כאשר מתח המערכת עולה ל-12.5V.

בתהליך הבחירה, נתחיל בחיפוש אחר ממסר נומינלי סטנדרטי של 12VDC. מפרטי גליון הנתונים הם המדריך העיקרי שלנו. מתח השחרור חייב להיות הרבה מתחת לסף הניתוק של 11.5V שלנו. מתח ההפעלה חייב להיות מתחת לסף החיבור מחדש של 12.5V.

עם זאת, מהנדס מקצועי יודע לא לתכנן ישירות לפי -מפרטי הסובלנות הרחבים הללו. בפועל, לעולם לא נסתמך על המשיכה הלא מדויקת-של הממסר עצמו ושחרור מתחים כדי לקבוע את ספי ה-UVLO הקריטיים שלנו. למתח המשיכה ומתח השחרור של הממסר יש היסטרזה אינהרנטית משתנה מדי ותלויה מאוד בטמפרטורה.

במקום זאת, אנו משתמשים במפרטי הממסר כדי ליצור חלון הפעלה בטוח למעגל טריגר חיצוני הרבה יותר מדויק. היינו מתכננים מעגל השוואה (באמצעות -מגבר הפעלה או IC מפקח ייעודי) עם מחלק התנגדות מדויק כדי להגדיר את הספים של 11.5V ו-12.5V. המשווה הזה מניע טרנזיסטור, שבתורו מניע את סליל הממסר.

עבור עיצוב זה, בחירת הממסר שלנו מונחית על ידי הבטחה שהוא אינו מפריע למעגל הדיוק שלנו. היינו בוחרים בממסר עם מתח שחרור חובה של, למשל, גדול מ- או שווה ל-1.2V ומתח חובה לפעול של פחות או שווה ל-9.6V. החלון הרחב והמובטח הזה (מ-1.2V ל-9.6V) נותן לנו מקום בשפע. מעגל הדיוק שלנו יכול לפעול בצורה מהימנה ב-11.5V ו-12.5V, חסין לחלוטין בפני הסבולות הרחבות והסחיפה התרמית של הממסר עצמו.

תיאור מקרה זה מראה כיצד מאפייני הממסר הם חלק מכריע בתכנון המערכת. אבל הם מנוהלים ונשלטים על ידי מודיעין חיצוני במקום שמסתמכים עליהם לצורך דיוק עצמם.

כללי אצבע לעיצוב

לנהיגת ממסר חזקה, אנו פועלים לפי סדרה של עקרונות ליבה המסוכמים ברשימת הבדיקה הזו.

כלל 1: שימו לב לפערים.ודא תמיד שמתח המוצא המינימלי המובטח של מעגל הנהג שלך גדול מהמתח המרבי שצוין-של הממסר. חשבו על טמפרטורת הפעולה הגבוהה ביותר האפשרית.

כלל 2: הקצה הנמוך משנה.ודא שמתח הדליפה "מצב כבוי" של הנהג שלך, בשילוב עם כל רעשי מערכת, תמיד נמוך ממתח השחרור המינימלי שצוין של הממסר. זה מונע מהממסר להיכשל-להפעיל אנרגיה.

כלל 3: הטמפרטורה היא לא החבר שלך.הורד תמיד את חישובי המתח שלך עבור הסביבה התרמית- הגרועה ביותר. שיטה טובה היא להקציב תקציב לעלייה של 20-25% לפחות במתח המשיכה בעת מעבר מסביבת מעבדה של 25 מעלות ליישום תעשייתי חם של 85 מעלות.

כלל 4: סע עם סמכות.לעולם אל תניע סליל ממסר ישירות מפין I/O של מיקרו-בקר סטנדרטי. לפינים אלו יכולת מקורות זרם מוגבלת ועכבת יציאה גבוהה. השתמש במנהל התקן ייעודי, כמו BJT או MOSFET, שיכול לספק כוח נקי, עם עכבה נמוכה- לסליל.

כלל 5: לדכא בחוכמה.דיודת פליבק על פני הסליל היא הדרישה המינימלית להגנה על הנהג. אם האפליקציה שלך רגישה לזמן שחרור, השקיעו את הרכיבים הנוספים עבור פתרון דיודה-Zener או RC סנובר.

שיקולים מתקדמים

ממסרי נעילה

חשוב להבדיל בין ממסרים סטנדרטיים-לא ננעלים לבין ממסרי נעילה, הפועלים לפי פרדיגמה אחרת.

בניגוד לממסר שאינו-ננעל הדורש כוח סליל מתמשך כדי לשמור על מצבו, ממסר נעילה הוא דו-יציב. הוא מחליף מצב עם דופק מתח קצר ואז נשאר במצב החדש עם צריכת חשמל אפסית.

לממסרים אלו אין מתח משיכה- מסורתי או שחרור. במקום זאת, גיליונות הנתונים שלהם מציינים דופק Set Voltage כדי להזיז את המגעים למצב מופעל ופולס Reset Voltage (לעיתים קרובות על סליל נפרד) כדי להחזיר אותם למצב הרגיל.

היתרון העיקרי הוא חיסכון עצום בחשמל. זה הופך את ממסרי הנעילה לאידיאליים עבור יישומים רגישים-מופעלי סוללה או-אנרגיה שבהם יש לשמור על מצב לתקופות ארוכות.

AC מול DC Coils

העקרונות שנדונו לאורך מדריך זה חלים בעיקר על ממסרי סליל DC-. ממסרי סליל AC- מתוכננים אחרת.

פעולתו של סליל DC נשלטת על ידי התנגדות DC שלו והזרם המתקבל. הפעולה של סליל AC, לעומת זאת, מבוססת על העכבה שלו בתדר הקו שצוין (למשל, 50Hz או 60Hz).

סלילי AC משלבים לרוב טבעת הצללה או סליל הצללה. זהו סיבוב נחושת בודד ומקוצר המוטבע בפני הליבה. הוא יוצר שטף מגנטי מושהה ששומר על האבזור במקומו במהלך האפס-חציות של גל הסינוס AC. זה מונע זמזום נשמע ופטפוט אנשי קשר.

מפרטי מתח המשיכה והשחרור שלהם-ניתנים לפיכך ב-Volts AC (VAC) ויש להעריך אותם בהקשר של יציבות מקור הכוח AC.

מסקנה: הבסיס לבקרה אמינה

מתח משיכה ושחרור- הם יותר מסתם מספרים בגליון נתונים. הם מגדירים את חלון ההפעלה הבסיסי של ממסר אלקטרומכני. ההיסטרזיס שנוצר מהפער בין שני הספים הללו הוא המפתח להבטחת החלפה נקייה, יציבה ופטפוט-ללא שיחות.

עיצוב מוצלח, לעומת זאת, חייב להסתכל מעבר לערכי טמפרטורת החדר הסטטיים האלה.- המסר המרכזי של מדריך זה הוא שמעגל חזק חייב לתת את הדעת על הגורמים הדינמיים והמציאותיים-העולם המשפיעים ישירות על ביצועי הממסר. זה כולל במיוחד את ההשפעות המשמעותיות של שינויים בטמפרטורת הסליל ובספק הכוח.

על ידי מעבר לגיליון הנתונים של הרכיבים והתחשבות בכל המערכת-ממקור הכוח ומעגל הדרייבר לסביבה התרמית הסביבתית-מהנדסים יכולים לנהל נכון את הפרמטרים הקריטיים הללו. גישה זו מאפשרת לנו למנף את המאפיינים הבסיסיים של ממסרים כדי לבנות מעגלי בקרה שאינם פונקציונליים רק על ספסל מעבדה, אלא שהם באמת אמינים בשטח.

ראה גם

תהליך ייצור ממסר וזרימת בדיקות

יישום ממסרים במערכות ייצור אנרגיה סולארית

כיצד להבחין בין מגעים פתוחים וסגורים בדרך כלל של ממסר

כיצד לבחור את ממסרי הרכב ואת קופסאות הנתיכים הנכונים