Автор статьи предлагает вариант самодельного электронного реле с гальванической развязкой микромощного управляющего входа и выхода. Отличительная особенность этого реле - оно очень экономично, мощность управления не превышает долей милливатта.
Для коммутации мощной нагрузки, в том числе и в сети 230 В, широко используются электромагнитные реле, однако они не очень экономичны. В продаже имеются так называемые оптореле, полностью электронные (бесконтактные), у которых между входной и выходной цепями существует оптическая связь. Они более экономичны, однако недёшевы и требуют тока управления, как правило, более 1 мА. Между тем сделать похожее реле с гальванической развязкой можно самостоятельно, при этом оно будет более экономичным. Схема такого реле показана на рис. 1. Оно содержит блокинг-генератор на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1, выпрямитель на диоде VD1 и мощные коммутирующие транзисторы VT2 и VT3.
Рис. 1. Схма реле
После подачи напряжения на вход устройства блокинг-генератор формирует импульсы длительностью около 1 мкс, с периодом следования 0,5...0,9 мс. Импульсы вторичной обмотки выпрямляет диод VD1, и выпрямленное напряжение поступает на затворы транзисторов VT2 и VT3, которые открываются. Напряжение на затворах примерно в два раза больше входного напряжения. За счёт встречно-последовательного включения этих транзисторов они способны коммутировать нагрузку в цепи переменного тока. После отключения входного напряжения конденсатор С3 разряжается через резистор R2, и транзисторы VT2, VT3 закрываются. Стабилитрон VD2 защищает затворы транзисторов от недопустимого напряжения.
На рис. 2 показаны зависимости периода следования импульсов и среднего тока, потребляемого цепью от входного напряжения. Как видно из этого рисунка, устройство очень экономично. Малый входной ток позволяет управлять таким реле от маломощного источника сигнала, например, микроконтроллера или выхода логического КМОП-элемента. В интервале входных напряжений 2,5...5 В с указанными переключательными транзисторами сопротивление выходной цепи не превышает 0,6...0,7 Ом. Максимальный ток в выходной цепи зависит от сопротивления открытых каналов полевых транзисторов и может достигать нескольких ампер. Нагрузка - осветительные лампы и нагревательные элементы небольшой мощности.
Рис. 2. Зависимости периода следования импульсов и среднего тока, потребляемого цепью от входного напряжения
Рис. 3. Печатная плата реле и размещение элементов
Все элементы размещены на печатной плате из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 2 мм, чертёж которой показан на рис. 3. Через отверстия в плате отрезками лужёного провода диаметром 0,5 мм соединены соответствующие печатные площадки на противоположных сторонах. Применены конденсаторы и резисторы типоразмера 1206 или 0805, транзистор КТ3130Г9 можно заменить любым транзистором этой серии, транзисторы VT2, VT3 могут быть высоковольтными в корпусе ТО220, например, IRF840 и аналогичные, но при этом придётся скорректировать печатную плату. Диод VD1 должен быть быстродействующим выпрямительным или импульсным, например серии 1N4148. Стабилитрон - любой маломощный с напряжением стабилизации 10...15 В. Контакты XT1-XT4 - выводы из лужёной проволоки диаметром 0,8...1 мм. Трансформатор намотан на кольцевом магнито-проводе диаметром 8,2 мм и высотой 3,5 мм от трансформатора КЛЛ. Обмотки мотают на противоположных сторонах кольца, они содержат по 20 витков провода диаметром 0,15...0,2 мм в надёжной изоляции. У первичной обмотки отвод сделан от середины, поэтому её удобнее мотать вдвое сложенным проводом и получившиеся выводы соединить в соответствии со схемой. В авторском варианте применён провод ПЭПЛОТ-0,16, у которого повышенная механическая и электрическая прочность (пробивное напряжение - 1,5 кВ), что обеспечивает надёжность и безопасность. Но намотку следует проводить аккуратно, чтобы не повредить изоляцию.
И в любом случае следует обратить особое внимание на надёжную гальваническую развязку между элементами блокинг-генератора, входной цепи и выходной цепью с полевыми транзисторами.
Рис. 4. Внешний вид смонтированной платы
Рис. 5. Внешний вид смонтированной платы
Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 4 и рис. 5. Чтобы сделать конструкцию завершённой и более универсальной для применения, плата с деталями помещена в пластмассовый кожух размерами 29x24x12 мм от электромагнитного реле (рис. 6). Со стороны выводов плата залита термоклеем чёрного цвета. Впрочем, конструкция может быть и иной, а габаритные размеры меньше. Для защиты от неправильной полярности входного напряжения во входную цепь (катодом к контакту XT1) можно установить маломощный диод Шоттки, например 1N5817 (SM5817).
Рис. 6. Внешний вид устройства в сборе
При налаживании следует обратить внимание на то, чтобы блокинг-генератор не самовозбуждался на частоте паразитного LC-контура, образованного обмотками трансформатора и конденсаторами, в том числе и паразитными. Чтобы этого добиться, пришлось установить конденсатор С1 сравнительно большой ёмкости. При налаживании желательно использовать осциллограф. Основной признак самовозбуждения - повышенный потребляемый ток, несколько миллиампер и даже более. Ёмкость конденсатора С3 не должна быть слишком большой, поскольку от него зависит скорость включения и выключения транзисторов VT2 и VT3, но с другой стороны, в случае его малой ёмкости могут быть существенные пульсации выпрямленного напряжения на затворах полевых транзисторов. Поэтому после налаживания бло-кинг-генератора, возможно, придётся подобрать конденсатор С3. При замене стабилитрона следует учесть, что его напряжение стабилизации должно быть больше напряжения на конденсаторе С3, в противном случае входной ток возрастёт.
Чертёж печатной платы в формате Sprint LayOut размещён здесь.
Автор: И. Нечаев, г. Москва