CC BY
15Компоненты и технологии, № 1'2002 Компоненты
Новые разработки
герконовых реле
Развитие слаботочной релейной техники невозможно без участия современных миниатюрных герконовых реле с малой потребляемой мощностью, сочетаемых с логической микросхемой, нагруженной обмоткой управления реле.
Сергей Карабанов, д. т. н.,
Рафаил Майзельс, д. т. н.,
Михаил Хоменко
За десятилетие фактического простоя отечественной релейной промышленности рынок России заполнялся зарубежными реле (преимущественно китайскими, тайваньскими, германскими), их использование стало привычным, их заложили в старые разработки и в то немногое, что сейчас появляется в системах автоматики, измерительной техники и т. п. В основном такие реле конструктивно выполняются на базе геркона с обрезанными выводами, находящегося внутри обмотки управления, с герконом и катушкой, приваренными к выводам технологической рамки достаточно сложного контура, которые после опрессовки специальной пластмассой и вырубки перемычек на рамке образуют собственно реле (скажем, в стандартном корпусе DIP). Для защиты логической микросхемы от перенапряжений обмотка управления реле шунтируется демпфирующим диодом. Извечная проблема поиска компромисса между двумя взаимоисключающими требованиями к таким реле — высокое контактное нажатие и чувствительность — здесь практически не решается из-за отсутствия обеспечения высокой магнитной проводимости для концентрации магнитного потока (создающего электромагнитную силу) в межконтактном зазоре геркона реле, то есть из-за невыполнения основного требования к конструкциям магнитной системы. Обрезка выводов геркона, резко снижающая параметры магнитной системы таких реле, практически не компенсируется введением магнитных экранов (10-15 % выигрыша против потери 60-70 % чувствительности и, соответственно, мощности управления).
ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов» (ОАО «РЗМКП»), разработав реле РГК-41и РГК-48, частично устраняющие указанные недостатки (в основном за счет подбора геркона), в настоящее время завершает разработку серии простых каркасных реле открытого типа РГК-49, РГК-50 и реле, по нашему мнению, следу-
ющего поколения — РГК-53, в котором сконцентрированы основные достоинства герконов и устранены недостатки их размещения в реле. Это реле (рис. 1, 2) содержит металлический ферромагнитный экран (7) в виде цельнотянутого стакана прямоугольной формы, в котором закреплены изолирующее основание (1), фиксирующие изогнутые под прямым углом выводы переключающего гер-кона (2) и выводы обмотки управления (4) с шунтирующим диодом (6). Глубина и ориентация расположения геркона внутри экрана, влияющие на чувствительность реле, при минимально возможной величине зазора между стенками экрана и выводами геркона, ориентированного внутри бескаркасной обмотки управления, устанавливаются таким образом, чтобы плоскость, проходящая через продольные оси стеклянного баллона (3) и неде-формированные части выводов геркона, была параллельна основанию. Для уменьшения массы, габаритов и мощности управления бескаркасная обмотка управления с выводами (5) специальной формы и демпфирующий диод с выводами, приваренными к плоским частям обмотки управления, расположены в специальных полостях основания (1). Расположение всех выводов в основании реле кратно шагу координатной сетки и образует ключ для ориентировки реле на печатной плате. Общая магнитная проводимость магнитной системы реле при такой компоновке максимальна.
Экспериментально установлена связь между магнитодвижущей силой срабатывания (МДСсраб) переключающего геркона с величиной зазора и перекрытия нормально-разомкнутой пары, магнитную проводимость которой можно оценить по известному выражению
G =
нрг
-Q-
Компоненты и технологии, № 1'2002
Компоненты
Таблица 1. Технические характеристики
Таблица 2. Данные катушек управления
Параметр реле Переключающее: Замыкающее:
РГК41 РГК50 РГК48 РГК49 РГК51
Тип корпуса DIP открытого типа DIP, SMD открытотого типа SIP
Ряд рабочих напряжений, В 5, 12, 24, 27
Напряжение срабатывания, макс., В 3,75; 9; 18; 20
Напряжение отпускания, мин., В 0,i ; 1; 2; 2,7
Сопротивление НЗ и НР контактов, не более, Ом 0,15
Время срабатывания, не более, мс 1
Время отпускания, не более, мс 1 0.5
Сопротивление изоляции между токоведущими цепями реле: 109 109 109
НР, Ом 109 109
НЗ, Ом 2х107 2х107
Электрическая прочность изоляции между токоведущими цепями реле, не менее, В 200 200 220 200 200
Максимальная коммутируемая мощность, Вт 4 4 10 10 10
Максимальное коммутируемое напряжение, В 60 60 100 100 100
Максимальный коммутируемый ток, А 0,3 0,3 0,5 0,5 0,5
Долговечность (зависит от режима коммутации), циклов 5х10М08 5х10М07 5х10М08 5хЮМ07 5х10М08
Мощность управления исполнений под логику, мВт 35-60
Мощность управления обычных исполнений, мВт 125-290
Таблица 3. Условия эксплуатации
Условия: РГК41 РГК50 РГК48 РГК49 РГК51
Температура окружающей среды, °С - 40...+ 85 - 10.+ 60 - 40.+ 85 - 10.+ 60 - 40.+ 85
Механические удары многократного действия при длительности ударного ускорения 2-10 мс 40 g
Устойчивость к внешним магнитным полям, Э (может быть увеличена до 5 Э по требованию потребителя) 2
где Онрг — магнитная проводимость нормально-разомкнутой пары геркона;
= 4 п ■ 107 Гн/м; 8 — площадь перекрытия в нормально-разомкнутой паре;
8 — величина зазора в той же паре. Полагая, что магнитные силовые линии замыкаются по кратчайшему расстоянию, и обозначив суммарную магнитную проводимость между экраном и выводами геркона — Оэг, определяемой по аналогичному выражению, можно установить, что при выполнении условия
1<
G
G,
<4
с нижним
МДССраб.м МДСфаб.,
пределом для герконов с и, верхним для герконов с , разброс герконов по МДСсраб может быть в диапазоне от 10 до 30 А'№. Описанное конструктивное решение на базе геркона МКС-14404 позволило создать реле с сопротивлением обмотки управления до 2500 Ом. Вследствие этого удалось снизить мощность управления для герконов с разбросом по МДСсраб 10-30 А от 3 до 5 раз по сравнению с реле РГК-41 на базе того же геркона, имеющих сопротивление обмотки 500 и 700 Ом. Опытные образцы реле РГК-53, управляемые логической микросхемой серии ТТЛ, коммутировали в электрическую цепь с активной нагрузкой в режиме 6 В — 10 мА без отказов вплоть до 10 млн циклов коммутации. Мы полагаем, что реле РГК-53
Для логик
Обычные исполнения
Логики 11раб., В 1?обм, Ом 11раб., В 1?обм, Ом
TTL 5 500 5 200
Shottky 5 750 6 200
C-MOS 12 2500 12 1000
24 2500
27 2500
будет незаменимо в аппаратуре, для которой особенно важны как габариты и масса реле, так и мощность, потребляемая управлением.
Следует особо отметить, что указанные реле имеют определенные преимущества по сравнению со своими аналогами, выпускаемыми фирмами Китая и Тайваня, хотя и изготавливаются на одних и тех же герко-нах (например, МКА14103 производства РЗМКП). При едином производственно-технологическом цикле «геркон-реле» имеется возможность оперативного вмешательства в технологический процесс изготовления собственно геркона как по вопросам качества и надежности, так и для специального отбора «релейных» герконов по информативным параметрам, используемым при изготовлении герконов спецназначения. Например, при подборе групп чувствительности для конкретного паспорта реле (практически не влияющего на внутризаводскую себестоимость конечного изделия) можно получить значительный выигрыш в габаритах (высоте) реле. В частности, у РГК-48 высота реле с выводами составляет 9 мм, у китайского и тайваньского аналогов — 12 мм при полном совпадении заявляемых выходных характеристик.
В табл. 1-4 приводятся технические характеристики, данные катушек управления, размеры, системы обозначений для реле, разработанных ОАО «РЗМКП». Все предложения по разработке новых изделий можно направлять в фирму «КВ Электроникс».
Электромагнитные слаботочные миниатюрные герконовые реле с одним контактом предназначены для коммутации электрических цепей постоянного и переменного тока частотой до 300 кГц в устройствах связи, автоматики, телеметрии и информатики.
Все реле по управляющему сигналу совместимы с логическими микросхемами ТТЬ, БЬойку, С-М08. Для реле РГК-48 и РГК-41 возможны исполнения с магнитным экраном и защитным диодом.
2Д1
05
Система обозначений:
-Номинальное напряжение: 5В, 12В, 24В
■ Тип контакта: А — размыкающийся, С — переключающий; Количество контактных групп
Признаки реле, обусловленные их конструкцией и применением: О — исполнение без диода и экрана Д — с диодом; Э — с экраном; М — с экраном и диодом Вид исполнения: 1 — SIP, 2 — DIP, 3 — SMD, 4 — OPEN TYPE
-Q-
К1Т#18_Епа.дха 4/8/05 3:20 РМ Раде 30
О
Компоненты и технологии, № 1'2002
Компоненты
Таблица 4. Схема корпусов, монтажная и электрическая схемы реле
Электрическая схема
1 т I
13 5 7
М Н
4 5
Г
12 3 4
М Н
6 5
12 3 4
Монтажная схема
4 22,86±0,1 ц М.32±0.1 »
И "" 00,8
и—
г*—Й-------Й--Ь--
0 0,8
Схема корпуса
--»
!!
II
—¿туФ Д_I
[0.021 Т -;
(Щ
ад—ш
2.54*0.2 10.16*0.2 2М±0.2
(0.1) Щ1 (0.1)
7.67 [0-31
п
1-1
^0.2+ аз
ад—щ
2.5^0.2. 10.16*0.2 2.34*0.2 (0.1) Р| ~ (0.4) Р| 14 (0.1)
н
4 (0.3] * (0.272)
\
\ /
л о.2+аз.
О"
РГК49
РГК50
РГК51
РГК41
РГК48
