Una introduzione ai relè di segnale

Pubblicato il 14 febbraio 2023

I relè sono alcuni dei dispositivi elettronici più antichi, più utili e più utilizzati perché offrono un controllo remoto sicuro di un circuito a distanza. Nonostante siano in circolazione dal 1835, i relè continuano ad essere impiegati in innumerevoli modi. Alcuni dei primissimi computer sono stati costruiti collegando insieme un gran numero di relè per eseguire funzioni di logica booleana (acceso o spento). I relè di segnale rientrano nell’ampia categoria dei “relè”, ma sono unici e hanno usi specifici. I relè di segnale, in particolare, occupano un’importante nicchia nelle comunicazioni.

Cosa sono i relè di segnale?

I relè di segnale hanno parti mobili interne, o contatti, che si muovono tra posizioni aperte e chiuse come risultato di una forza magnetica prodotta da una corrente di controllo che scorre in una bobina vicino ai contatti. Il campo magnetico muove un’armatura che si sposta per provocare la chiusura del contatto e il flusso elettrico. Questo è un modo per un segnale relativamente piccolo di controllare un segnale più grande.

I relè di segnale sono simili nella forma e nella funzione ai relè di potenza, in quanto sono essenzialmente interruttori elettromeccanici ad azionamento elettrico che controllano una corrente in un circuito. La differenza è che i relè di segnale funzionano con valori di bassa tensione e corrente e commutano i segnali di bassa potenza. Le correnti nominali per i relè di segnale sono in genere inferiori a 2 ampere con tensioni nominali solitamente comprese tra 5 Vdc e 30 Vdc. Questo è il motivo per cui potresti anche vederli indicati come “relè a segnale basso”.

In che modo i relè di segnale differiscono dai relè normali?

I relè di segnale hanno una funzione simile ad altri relè elettromeccanici, tranne per il fatto che sono utilizzati al meglio per applicazioni a bassa tensione e corrente. I loro contatti sono specificamente progettati per bassa potenza. I relè di potenza, progettati per funzionare a livelli di corrente e tensione più elevati, sono talvolta selezionati per le applicazioni a causa del loro costo inferiore. Tuttavia, i relè di potenza possono corrompere i segnali a bassa potenza, come nei circuiti audio o video, capovolgendo l’equazione dei costi.

Confronto delle caratteristiche dei relè a segnale basso e dei relè di alto livello

I relè di segnale, a causa della loro piccola gestione della potenza, sono disponibili anche in package relativamente piccoli che sono perfetti per il montaggio su scheda, sia attraverso il foro che il montaggio superficiale. Le loro dimensioni ridotte possono anche offrire tempi di commutazione un po’ più rapidi.

I relè di segnale sono in genere meno costosi dei relè a stato solido, non sono influenzati da transitori di tensione o corrente e non sono suscettibili alle EMI/RFI. Abbinare i relè di segnale a un circuito appropriato significa anche una minore generazione di calore rispetto all’utilizzo di relè a stato solido. Di conseguenza, l’utilizzo di relè di segnale in genere non richiede una soluzione di gestione termica nel circuito.

Vantaggi dei relè di segnale

A causa del loro design e funzionamento simili, l’utilizzo di relè di segnale in un progetto può offrire molti degli stessi vantaggi di altri relè elettromeccanici. Questi includono:

  • design semplice;
  • isolamento elettrico;
  • funzionamento affidabile;
  • riduzione dei costosi cablaggi a distanza;
  • molteplici opzioni di packaging/funzionalità;
  • insensibilità alle EMI/RFI.

L’utilizzo di relè di segnale correttamente abbinati alle esigenze di alimentazione del circuito può offrire anche questi ulteriori vantaggi:

  • funzionamento semplice;
  • dimensioni compatte;
  • costo inferiore;
  • resistenza meccanica agli urti;
  • elevato isolamento tra bobina interna e contatti.

Specifiche del relè di segnale

Quando si decide il modello di relè di segnale specifico da utilizzare nel progetto, ci sono molti fattori da considerare. Ecco di seguito un elenco di alcuni dei termini e delle definizioni relative a questo.

  • Tensione nominale: la tensione massima commutabile dal relè, tipicamente espressa in Vdc o Vac.
  • Corrente nominale: la corrente massima commutabile, espressa in Ampere.
  • Resistenza di contatto: la resistenza, espressa in Ohm, che il relè aggiunge al circuito di carico.
  • Tensione della bobina: la tensione di controllo nominale per la bobina del relè.
  • Corrente della bobina: la corrente nominale che la bobina assume con la tensione nominale della bobina.
  • Forma del contatto: la configurazione dell’interruttore del relè (numero di poli e configurazione normalmente aperto o normalmente chiuso). Gli esempi includono SPDT (1 Form C) e DPDT (2 Form C).
  • Carico ammissibile dei contatti: indica i valori di corrente e tensione per le prestazioni garantite del relè, tipicamente espressi come 1 A @ 30 Vdc per esempio.
  • Tempo di commutazione: la velocità di funzionamento del relè da quando viene applicata la corrente di controllo a quando i contatti si chiudono, o viceversa.
  • Tipo di montaggio: il modo in cui il relè verrà montato nell’applicazione, in genere tramite foro o montaggio superficiale sulla scheda PC.
  • Rigidità dielettrica:la tensione massima che può essere tollerata dal relè, senza danni, per un periodo di tempo specificato.
  • Temperatura di funzionamento: intervallo di temperature in cui un relè può funzionare correttamente.

Passaggi per la selezione di un relè di segnale

Il processo di selezione del relè di segnale appropriato per il progetto è molto simile a quello della selezione di qualsiasi altro relè elettromeccanico. Ciò inizia con l’identificazione della tensione e della corrente nominale richieste del relè, in base al carico massimo che deve essere commutato nel circuito. Ricorda che i relè di segnale, per definizione, in genere commutano 2 A o meno.

Il passaggio successivo consiste nell’identificare la tensione e il tipo di controllo richiesti, CA o CC, e definire il numero di poli/circuiti che devono essere commutati, oltre a stabilire se il circuito/disposizione di commutazione deve essere normalmente aperto (NO) o normalmente chiuso (NC).

Infine, determina come verrà montato il dispositivo nel tuo circuito. Le opzioni includono montaggio a pannello, guida DIN, montaggio su superficie PCB o foro passante. Il tuo elenco finale di parametri ti consentirà di identificare un relè che soddisfi le esigenze del tuo sistema, ma che non sia sovradimensionato o troppo costoso.

Linee guida per la selezione del relè di segnale

Applicazioni comuni di relè di segnale

Come abbiamo accennato, i relè sono stati progettati in una varietà di applicazioni nel corso degli anni. I relè di segnale, grazie alle loro capacità di commutazione a bassa potenza, sono una soluzione efficiente per molti prodotti e sistemi, sia commerciali che di consumo. Alcune delle applicazioni per i relè di segnale includono dispositivi di rete in cui i segnali a lunga distanza richiedono una tensione e una corrente superiori a quelle che la maggior parte dei dispositivi elettronici possono gestire in modo nativo. I relè di segnale riempiono quella nicchia nei dispositivi di rete che richiedono una rapida reattività e non tutta la potenza offerta da un relè di potenza. Allo stesso modo, in ambienti con i quali la maggior parte delle persone ha familiarità, un termostato domestico o commerciale funziona a una tensione e a una corrente relativamente basse, ma deve inviare quel segnale per più di qualche centimetro verso il forno o la corrente alternata. In questo caso, un relè di segnale può prendere il piccolo segnale di controllo a bassa potenza e utilizzarlo per inviare il messaggio attraverso la casa o l’ufficio dove il condensatore può agire.

Riepilogo

Nonostante la sofisticatezza di molti dei sistemi elettronici progettati oggigiorno, o forse a causa di tale sofisticatezza, i progettisti si trovano spesso di fronte alla necessità di un completo isolamento elettrico tra un segnale di commutazione e il segnale che deve essere commutato. Il controllo sicuro della corrente e della tensione a distanza è fondamentale.

I relè di segnale sono ampiamente utilizzati in prodotti e sistemi di consumo e industriali per commutare in sicurezza l’alimentazione in molti tipi di circuiti. Una volta determinati i requisiti del progetto, CUI Devices dispone di una linea di relè di segnale per soddisfare le esigenze di commutazione di corrente a basso livello.



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