Подключение реле 12 вольт с диодом: инструкция и схема

Что такое обратное напряжение

Устройства, которые перемещают переключатель или плунжер с помощью электричества, используют концепцию электромагнетизма, когда катушка провода, потребляя ток, создает магнитное поле. Этот магнит достаточно силен, чтобы сдвинуть створку металла или даже подпружиненный поршень. Большие нагрузки требуют большего тока. Когда этот электромагнит генерируется, магнитное поле сохраняется внутри нагрузки. Другими словами, вы использовали ток для создания магнитного поля, и теперь магнитное поле хранится внутри этого поршня. Когда ток катушки «выключается», магнитное поле, хранящееся внутри плунжера, все еще существует, и на короткое время оно пытается генерировать обратное напряжение на катушке.

В некоторых случаях это генерируемое обратное напряжение является очень полезной функцией. Свеча зажигания в автомобиле работает от 12 вольт аккумулятора, который в определенный момент запитывает катушку (либо от распределителя, либо от электронного блока катушек, либо даже по катушке на каждой свече). Когда напряжение батареи снимается, катушка пытается провести электричество обратно по цепи – здесь предусмотренный путь проходит прямо через зазор свечи зажигания. Но этих 12 вольт недостаточно, чтобы генерировать искру в несколько миллиметров. К счастью, напряжение, генерируемое катушкой, во много раз превышает исходное напряжение заряда, а ток длится лишь мгновение, пока магнитное поле не разрушится.

В промышленных условиях этот факт, что обратное напряжение во много раз превышает исходное, вызывает беспокойство. Если цепь управления на 24 вольта, обратное обратноходовое напряжение может быть намного больше 100 вольт. Этого, безусловно, достаточно для создания значительных искр, если в цепи есть небольшой разрыв. Свеча зажигания может быть полезна для воспламенения топлива, но опасна в системе управления. Зазоры существуют в виде электромеханических устройств управления, а именно переключателей и механических реле. Когда контакты реле или переключателя размыкаются, зазор увеличивается с нуля до нескольких миллиметров в течение нескольких миллисекунд, обеспечивая достаточно времени для идеального искрового промежутка для создания видимой дуги. Если реле маленькое, как на выходной плате реле ПЛК, искры быстро выведут реле из строя, что приведет к частым отказам.

Если вам кажется, что в модуле постоянно выходит из строя одна точка ввода/вывода, а ток находится в пределах номинальных значений, возможно, виновником является катушка с питанием от постоянного тока, создающая искры при отключении питания.

Особенности работы с реле 12 вольт с диодом

1. Защита от обратной ЭДС

Реле 12 вольт с диодом используются для защиты устройств от обратной ЭДС, которая может появиться при отключении нагрузки. Диод, который установлен на реле, не позволяет обратной ЭДС попадать на другие части схемы, и благодаря этому оборудование не повреждается.

2. Предотвращение дребезга в схеме

Дребезг контактов, которые могут произойти при переключении реле, может привести к неполадкам в работе устройства. Для того чтобы этого избежать, на реле 12 вольт с диодом установлен диод, который замыкает контур, когда реле отключено. Это предотвращает дребезг контактов и обеспечивает надежную работу схемы.

3. Применение в автомобильной технике

Реле 12 вольт с диодом широко используются в автомобильной технике для управления различными устройствами, например, для включения фар, габаритных огней, гудка или других электронных устройств. Благодаря диоду, который установлен на реле, предотвращаются повреждения электроники автомобиля.

Пример подключения реле 12 вольт с диодом
№
Клемма
Описание

1
Клемма 30
Питание катушки реле
2
Клемма 85
Управляющий сигнал с источника (например, от выключателя)
3
Клемма 86
Заземление катушки реле
4
Клемма 87
Выходной контакт реле для управления нагрузкой
5
Клемма 87a
Альтернативный выходной контакт реле для управления нагрузкой

Защита от высоких температур

Диоды для реле играют важную роль в предотвращении повреждений электронных устройств от высоких температур. При работе силовых реле или реле напряжения могут возникать высокие значения тока, которые могут привести к перегреву устройств и даже их выходу из строя.

Диод, установленный параллельно к контактам реле, является формой защиты от больших токов, возникающих при разрыве электрической цепи. Этот диод предотвращает обратное токовое пиковое напряжение, которое может вызвать повреждение реле или связанных с ним компонентов.

Ток, проходящий через диод, ограничивается и предотвращает нежелательное и небезопасное нагревание. Диод также защищает от обратного тока, который может возникать при включении и выключении реле, что помогает сохранить недвижимость микросхем и других чувствительных компонентов.

Таким образом, применение диода для реле в электронике обеспечивает защиту от высоких температур, предотвращает повреждение и продлевает срок службы устройств

Это особенно важно в приложениях, где требуется высокая надежность и стабильность работы

Увеличение срока службы реле
Установка диода для реле может значительно увеличить его срок службы и обеспечить более надежную работу электронных устройств. Вот несколько причин, почему использование диода необходимо для этой цели:

Защита от обратного тока: Диод позволяет предотвратить обратный ток, который может возникнуть при разрыве цепи реле. Обратный ток может повредить устройство или негативно повлиять на другие компоненты.

Устранение электромагнитных помех: Диод может снизить воздействие электромагнитных помех, которые возникают при отключении электрической нагрузки

Это помогает избежать временных сбоев и повреждений реле и других компонентов.

Предотвращение повреждения катушки реле: Установка диода позволяет снизить риск повреждения катушки реле от внезапной обратной электромотивной силы, которая может возникнуть при отключении нагрузки.

Улучшение надежности и стабильности работы: С помощью диода можно создать более надежную и стабильную работу реле, что особенно важно в критических системах, где любая ошибка может привести к серьезным последствиям.

Улучшение защиты от перегрузок: Диод может снизить риск перегрузок, которые могут возникать при коммутации высоких нагрузок. Это позволяет предотвратить повреждение реле и других компонентов.

Снижение энергетических потерь: Установка диода позволяет снизить энергетические потери, которые могут возникать при работе реле

Это обеспечивает более эффективное использование энергии и экономию ресурсов.

Увеличение срока службы реле: В целом, установка диода для реле может увеличить его срок службы, предотвратить поломки и снизить риск временных сбоев. Это особенно важно для долговременной и надежной работы электронных устройств.
В итоге, использование диода для реле является важным фактором, который способствует более надежной и долговечной работе электронных систем. Установка диода может существенно снизить риск повреждения реле и других компонентов, а также обеспечить более стабильную и эффективную работу электроники.

Для чего ставят диод параллельно катушке, обмотке реле в цепи постоянного тока, в чем смысл.

На электронных схемах, где стоит электромагнитное реле, можно заметить, что параллельно его катушке припаян диод. Этот диод подсоединяется к обмотке обратным подключением. То есть, плюс диода (он же анод) будет лежать на минусе источника питания схемы, а минус диода (он же катод), будет находится на плюсе питания. Как известно, при таком способе подключения диода к питанию полупроводник находится в закрытом состоянии, он через себя не проводит электрический ток. Тогда возникает вопрос, а зачем он тогда нужен, если он работает как обычный диэлектрик?

А дело всё в том, что любая катушка, намотанная обычный образом (провод мотается в одном направлении) имеет помимо электрического сопротивления и индуктивность. Вокруг катушки при прохождении постоянного тока образуется электромагнитное поле. А в момент снятия напряжения с катушки, та энергия, которая была аккумулирована в этом электромагнитном поле резко преобразуется опять в электрическую. При этом на концах катушки появляется высоких разностный потенциал. То есть, проще говоря, в момент отключения от катушки питания на ней образуется кратковременный электрический всплески напряжения. Причем, этот всплеск ЭДС (электродвижущей силы) может в несколько раз превышать напряжение питания, которое ранее было подано на обмотку.

Такие скачки увеличенного напряжения, которые образуются на различных катушках, в том числе и на обмотке реле, способны негативно влиять на чувствительные элементы электронной схемы. Например, этот скачок легко может создать электрический пробой различных маломощных транзисторов, микросхем и т.д. Либо же это кратковременное увеличение напряжения может в момент процессов переключения реле вводить в электронную схему различные искажения, погрешности, плохо влиять на измерительные узлы и т.д. Одним словом явление возникновения подобных импульсов увеличенного напряжения – это плохо для любой электронной схемы.

А как же обычный диод может защитить от таких вот ЭДС скачков? Дело в том, что генерация ЭДС индукции имеет противоположную полярность, относительно подаваемого напряжения питания на катушку. Вначале мы на один конец катушки реле подавали плюс, а на второй – минус. При снятии напряжения питания с катушки полюса изменятся. Где был плюс, появится минус, а где был минус, появится плюс. Если наш защитный диод при одной полярности, когда идет питание катушки, находится в закрытом состоянии, работая как диэлектрик, то при другой полярности он уже будет переходить в открытое состояние. Другими словами говоря, при нормальной работе реле диод не будет себя проявлять как функциональный элемент, а при возникновении ЭДС индукции на катушки реле он сразу же станет проводником и замкнет этот импульс увеличенного напряжения на себе.

Может возникнуть вопрос. Если диод берет (замыкает) всю энергию ЭДС индукции катушки реле на себя, то не выйдет ли он от этого из строя (не сгорит ли)? Дело в том что у обычных катушек реле не столь большая энергия, что аккумулируется на ней в виде электромагнитного поля. Эта энергия имеет импульсный, одноразовый характер. Причем, при ЭДС индукции опасно именно увеличенное напряжение (относительно напряжения питания), токи же в этом импульсе достаточно малы. Задача диода нейтрализовать именно импульс увеличенного напряжения. Да и самый обычный, распространенный диод, такой как 1N4007 способен выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера (ток импульса намного меньше).

А какие диоды нужно ставить параллельно катушке реле, чтобы защитить электронную схему от подобный скачков напряжения ЭДС индукции? Как я только что уже сказал, энергия обычного маломощного реле (да и средней мощности) не такая уж и большая. Опасен именно сам увеличенный по напряжению импульс. Если питание катушки было, например, 12 вольт постоянного тока, то этот импульс может быть в несколько раз больше (ну пусть до 150 вольт, не больше). Токи, которые могут быть при этом импульсе могут иметь величину единицы и десятки миллиампер. На ток влияет диаметр провода, и его длина в катушке. Чем тоньше диаметр, и чем больше намотка, тем меньше ток. С напряжением наоборот. Чем больше витков в катушке, тем выше напряжение будет при ЭДС индукции.

Если не вдаваться в расчеты, то поставив на катушку обычного маломощного реле кремниевые диоды типа 1N4007 вы не ошибетесь. Их вполне хватит, чтобы надежно защитить электронную схему от подобный ЭДС импульсов, возникающих из-за переключающихся процессов.

Механизм включения и выключения пятиконтактного реле с помощью диода

Пятиконтактное реле с диодом используется для управления цепью постоянного тока с помощью сигнала переменного тока. Диод, встроенный в реле, позволяет управлять направлением тока в цепи и обеспечивает его одностороннее прохождение.

Механизм работы пятиконтактного реле с диодом следующий:

1. Входное напряжение переменного тока подается на катушку реле через контакты A1 и A2. Катушка создает магнитное поле, которое притягивает контакты B1 и B2.

2. Когда контакты B1 и B2 притягиваются, на контакты C1 и C2 подается постоянное напряжение, и они замыкают цепь, подключая устройство к источнику постоянного тока.

3. В этот момент диод, встроенный между контактами C1 и C2, позволяет току проходить только в одном направлении. Это обеспечивает одностороннюю работу реле. Если бы диода не было, то ток также мог бы пройти в обратном направлении и отключить устройство.

4. Когда входное напряжение переменного тока исчезает, катушка реле теряет магнитное поле, и контакты B1 и B2 размыкаются. В этом случае контакты C1 и C2 отключаются от источника постоянного тока.

5. Одностороннее прохождение тока через диод предотвращает возможность обратного тока и сохраняет устройство от повреждений или неправильного функционирования.

Преимущества использования авто реле с диодами

1. Защита электроники автомобиля.

Авто реле с диодами обеспечивают защиту от обратной электромагнитной энергии, которая может возникать при отключении нагрузки (например, фары) на автомобиле. Эта энергия может повредить электронику и вызвать сбои в работе автомобильных систем. Авто реле с диодами блокирует обратный ток и предотвращает повреждение электронных компонентов.

2. Увеличение срока службы ламп нагрузки.

При использовании авто реле с диодами происходит снижение тока, протекающего через нагрузки (например, лампы фар), когда они отключены. Это позволяет увеличить срок их службы и избежать быстрого выхода из строя.

3. Удобство монтажа и подключения.

Авто реле с диодами обычно имеют удобные клеммы для подключения проводов. Это облегчает монтаж и устранение неисправностей.

4. Автоматическое включение и отключение нагрузки.

Авто реле с диодами обеспечивают автоматическое включение и отключение нагрузки в зависимости от состояния системы, например, включение фар при включении зажигания автомобиля и отключение при выключении зажигания.

5. Повышение безопасности.

Использование авто реле с диодами позволяет повысить безопасность на дороге. Например, автоматическое включение фар при включении зажигания помогает обеспечить хорошую видимость и предотвратить возникновение аварийных ситуаций.

6. Совместимость с различными автомобилями.

Авто реле с диодами обычно имеют универсальный дизайн и могут быть использованы с различными моделями и марками автомобилей. Это позволяет использовать их как в новых, так и в старых автомобилях.

7. Экономия энергии и ресурсов.

Благодаря возможности автоматического отключения нагрузки, авто реле с диодами позволяют экономить энергию автомобильной батареи и продлевать ее срок службы. Также за счет увеличения срока службы ламп нагрузки, сокращаются затраты на их замену.

Таким образом, использование авто реле с диодами имеет множество преимуществ, включая защиту электроники автомобиля, увеличение срока службы ламп нагрузки, удобство монтажа и подключения, автоматическое включение и отключение нагрузки, повышение безопасности, совместимость с различными автомобилями и экономию энергии и ресурсов.

Основные функции и свойства:

Диод в реле 12 вольт выполняет ряд важных функций и обладает определенными свойствами, которые делают его неотъемлемой частью данного устройства. Вот основные из них:

1. Защита от обратной полярности. Диод позволяет предотвратить повреждение реле и других элементов электрической цепи в случае неправильного подключения питания. Он блокирует обратный ток и обеспечивает одностороннюю передачу электрического сигнала.
2. Устранение перенапряжения. В случае возникновения высокого напряжения или импульса в цепи, диод помогает предотвратить проникновение этого перенапряжения в реле и защищает его от повреждений. Он работает как перенапряженный стабилизатор и перекрывает сигналы, превышающие определенное значения.
3. Нормализация напряжения. Диод выполняет функцию стабилизации напряжения, уравнивая его величину и устраняя пульсации. Это позволяет реле работать стабильно и эффективно в широком диапазоне входного напряжения.
4. Повышение эффективности. Диод в реле 12 вольт также способствует улучшению эффективности работы устройства в целом. Он минимизирует потери энергии и предотвращает искажения сигнала, что позволяет достичь более точной и быстрой коммутации.
5. Долговечность и надежность. Благодаря своим защитным свойствам и способности снижать риски перегрузки и повреждений, диод значительно увеличивает срок службы реле 12 вольт и обеспечивает его надежную работу в различных условиях эксплуатации.

Все эти функции и свойства делают диод в реле 12 вольт важным элементом, который обеспечивает его эффективную и безопасную работу в электрической цепи.

“Универсальное” электромагнитное реле

Электромагнитное реле является по сути управляемым механическим выключателем: подали на него ток – оно замкнуло контакты, сняли ток – разомкнуло. Контакты являются именно контактами: металлическими “пятаками”, которые прижимаются друг к другу. Именно поэтому такое реле может управлять как нагрузкой постоянного, так и переменного тока.

Сама катушка реле является неслабой индуктивной нагрузкой, что приводит к дополнительным проблемам (читай ниже), поэтому для управления “голым” реле нам понадобится дополнительная силовая и защитная цепь.

После изучения данного урока вы сами сможете её составить (транзистор и диод), а сейчас мы поговорим о модулях реле: готовая плата, на которой стоит само реле, а также цепи коммутации, защиты и даже оптическая развязка. Такие модули бывают “семейными” – с несколькими реле на борту. Спасибо китайцам за это! Смотрите варианты у меня в каталоге ссылок на Али.

Такое реле сделано специально для удобного управления с микроконтроллера: пины питания VCC (Vin, 5V) и GND подключаются к питанию, а далее реле управляется логическим сигналом, поданным на пин IN. С другой стороны стоит клеммник для подключения проводов, обычно контакты подписаны как NO, NC и COM. Это общепринятые названия пинов кнопок, переключателей и реле:

• COM – Common, общий. Реле является переключающим, и пин COM является общим.
• NO – Normal Open, нормально открытый. При неактивном реле данный контакт не соединён с COM. При активации реле он замыкается с COM.
• NC – Normal Closed, нормально закрытый. При неактивном реле данный контакт соединён с COM. При активации реле он размыкается с COM.

Подключение нагрузки через реле думаю для всех является очевидным:

Важный момент: катушка реле в активном режиме потребляет около 60 мА, то есть подключать больше одного модуля реле при питании платы от USB не рекомендуется – уже появятся просадки по напряжению и помехи:

Такие модули реле бывают двух типов: низкого и высокого уровня. Реле низкого уровня переключается при наличии низкого сигнала (GND) на управляющем пине . Реле высокого уровня соответственно срабатывает от высокого уровня . Какого типа вам досталось реле можно определить экспериментально, а можно прочитать на странице товара или на самой плате. Также существуют модули с выбором уровня:

На плате, справа от надписи High/Low trigger есть перемычка, при помощи которой происходит переключение уровня. Электромагнитное реле имеет ряд недостатков перед остальными рассмотренными ниже способами, вы должны их знать и учитывать:

• Ограниченное количество переключений: механический контакт изнашивается, особенно при большой и/или индуктивной нагрузке.
• Противно щёлкает!
• При большой нагрузке реле может “залипнуть”, поэтому для больших токов нужно использовать более мощные реле, которые придётся включать при помощи… маленьких реле. Или транзисторов.
• Необходимы дополнительные цепи для управления реле, так как катушка является индуктивной нагрузкой, и нагрузкой самой по себе слишком большой для пина МК (решается использованием китайского модуля реле).
• Очень большие наводки на всю линию питания при коммутации индуктивной нагрузки.
• Относительно долгое переключение (невозможно поставить детектор нуля, читай ниже), при управлении индуктивными цепями переменного тока можно попасть на большой индуктивный выброс, необходимо ставить искрогасящие цепи.

Важный момент связан с коммутацией светодиодных светильников и ламп, особенно дешёвых: у них прямо на входе стоит конденсатор, который при резком подключении в цепь становится очень мощным потребителем и приводит к скачку тока. Скачок может быть настолько большим, что 15-20 Ваттная светодиодная лампа буквально сваривает контакты реле и оно “залипает”! Данный эффект сильнее выражен на дешёвых лампах, будьте с ними аккуратнее (за инфу спасибо DAK). При помощи реле можно плавно управлять сильно инерционной нагрузкой, такой как большой обогреватель. Для этого нужно использовать сверхнизкочастотный ШИМ сигнал, у меня есть готовая библиотека. Не забываем, что реле противно щёлкает и изнашивается, поэтому для таких целей лучше подходит твердотельное реле, о котором мы поговорим ниже.

Параметры диода для защиты катушки реле

Напряжение обратного пика (Vrwm) — это максимальное обратное напряжение, которое может быть применено к диоду без его разрушения. При выборе диода для защиты катушки реле необходимо учитывать напряжение, которое может возникнуть при разрыве цепи в катушке реле, и выбирать диод с напряжением обратного пика, превышающим данное значение.

Прямой ток (If) — это максимальный ток, который может протекать через диод в прямом направлении без его разрушения. При выборе диода необходимо учесть максимальный ток, который будет протекать через катушку реле, и выбрать диод с прямым током, превышающим данный значени

Важно учесть, что прямой ток диода может сильно зависеть от температуры окружающей среды.

Прямое падение напряжения (Vf) — это напряжение, которое падает на диоде при протекании через него прямого тока. При выборе диода для защиты катушки реле необходимо учесть, что прямое падение напряжения не должно превышать допустимое напряжение катушки реле.

Время восстановления (trr) — это время, за которое диод переходит из прямополупроводящего в обратно-полупроводящий режим после отключения прямого тока

При выборе диода следует учесть время разрыва цепи в катушке реле и выбрать диод с временем восстановления, которое позволяет снизить влияние обратного пика напряжения на катушку реле.

Важно учесть, что параметры диода для защиты катушки реле должны соответствовать условиям эксплуатации и требованиям конкретной системы. При выборе диода рекомендуется обратиться к технической документации на катушку реле и использовать соответствующие таблицы и графики для определения необходимых параметров диода

Расширение сферы применения реле

Реле с диодом, благодаря своим особенностям, нашли широкое применение в различных областях инженерии и электроники. Вот несколько примеров:

• Автомобильная промышленность. В автомобилях реле с диодом используется для управления различными электрическими компонентами, такими как фары, противотуманные огни, поворотные сигналы и т.д. Диод предотвращает обратное напряжение и защищает электрические компоненты от повреждений.
• Промышленная автоматизация. В промышленных системах реле с диодом используется для управления электрическими моторами, клапанами, сенсорами и другими устройствами. Диод предотвращает появление обратного тока и помогает защитить систему от повреждений.
• Электроника потребления. В бытовых устройствах, таких как стиральные машины, холодильники, телевизоры и т.д., реле с диодом широко применяется для управления различными функциями и защиты электрических компонентов от повреждений.
• Телекоммуникации. В сетях связи, реле с диодом используется для переключения сигналов и управления передачей данных. Диод предотвращает возникновение обратного напряжения и помогает защитить электронные устройства.
• Альтернативная энергетика. В системах, использующих солнечные панели или ветрогенераторы, реле с диодом применяется для управления энергией, защиты системы от перенапряжений и предотвращения обратного тока.

Это лишь несколько примеров областей, в которых реле с диодом нашли свое применение

Возможности их использования постоянно расширяются, и они становятся важной частью различных систем и устройств

Проверка подключения: как убедиться в правильности сборки

Проверка мультиметром

Для проверки подключения реле 12 вольт с диодом можно использовать мультиметр. Подключите его на режим измерения сопротивления (Омметр). Затем, приставьте щупы к контактам реле, которые вы подключили к электронному устройству.

Если на экране мультиметра отображается сопротивление, значит подключение выполнено правильно. Если же на экране мультиметра ничего не отображается, вероятно, что-то подключено неверно или устройство не работает.

Проверка с помощью лампочки

В качестве альтернативы мультиметру можно использовать лампочку. Подсоедините один контакт лампочки к источнику питания 12 вольт, а другой контакт – к клемме катушки реле. Если светодиод, который встроен в реле, загорится, значит, дело в порядке. Если света нет, значит, нужно проверить подключение и диод.

Проверка с помощью платы Arduino

Если вы работаете с платами Arduino, можно использовать ее в качестве тестера для проверки правильности подключения реле с диодом. Подключите плату Arduino к компьютеру, откройте Arduino IDE и загрузите стандартную программу Blink.

Затем приставьте катушку реле к одному из цифровых выводов платы и запустите программу. Если светодиод на плате Arduino мигает, значит, связь между платой и реле установлена. Если мигания нет, можно попробовать поменять выводы.

Преимущества и недостатки реле

У реле много преимуществ:

• через них можно пропустить значительный ток (порядка нескольких ампер), и при этом они не потребуют никакого охлаждения (в отличие от транзисторов),
• падение напряжения на замкнутых контактах невелико, так как их сопротивление измеряется в миллиомах,
• их не «интересует» направление тока, протекающего через контакты, в отличие от транзисторов,
• катушка соленоида хорошо изолирована от контактов, что позволяет переключать разные напряжения с помощью одной системы управления.

К сожалению, у реле есть и недостатки:

• их долговечность (количество переключений) ограничена,
• через некоторое время контакты повреждаются,
• работают с довольно большой задержкой,
• не может выполнять множественные переключения в секунду,
• катушка может потреблять ток 100 мА, что проблематично при питании от батарей,
• производит звуковой щелчок при переключении, что иногда напрягает при сборке проекта, работающего в ночное время,
• занимают много места на плате (по сравнению с транзисторами).

Защита от помех DC

Раздельное питание

Один из лучших способов защититься от помех по питанию – питать силовую и логическую части от отдельных источников питания: хороший малошумящий источник питания на микроконтроллер и модули/сенсоры, и отдельный на силовую часть. В автономных устройствах иногда ставят отдельный аккумулятор на питание логики, и отдельный мощный – на силовую часть, потому что стабильность и надёжность работы очень важна.

Искрогасящие цепи DC

При размыкании контактов в цепи питания индуктивной нагрузки происходит так называемый индуктивный выброс, который резко подбрасывает напряжение в цепи вплоть до того, что между контактами реле или выключателя может проскочить электрическая дуга (искра). В дуге нет ничего хорошего – она выжигает частички металла контактов, из за чего они изнашиваются и со временем приходят в негодность. Также такой скачок в цепи провоцирует электромагнитный выброс, который может навести в электронном устройстве сильные помехи и привести к сбоям или даже поломке! Самое опасное, что индуктивной нагрузкой может являться сам провод: вы наверняка видели, как искрит обычный выключатель света в комнате. Лампочка – не индуктивная нагрузка, но идущий к ней провод имеет индуктивность. Для защиты от выбросов ЭДС самоиндукции в цепи постоянного тока используют обыкновенный диод, установленный встречно-параллельно нагрузке и максимально близко к ней. Диод просто закоротит на себя выброс, и все дела:

Где VD – защитный диод, U1 – выключатель (транзистор, реле), а R и L схематично олицетворяют индуктивную нагрузку. Диод нужно ОБЯЗАТЕЛЬНО ставить при управлении индуктивной нагрузкой (электромотор, соленоид, клапан, электромагнит, катушка реле) при помощи транзистора, то есть вот так:

При управлении ШИМ сигналом рекомендуется ставить быстродействующие диоды (например серии 1N49xx) или диоды Шоттки (например серии 1N58xx), максимальный ток диода должен быть больше или равен максимальному току нагрузки.

Фильтры

Если силовая часть питается от одного источника с микроконтроллером, то помехи по питанию неизбежны. Простейший способ защитить МК от таких помех – конденсаторы по питанию как можно ближе к МК: электролит 6.3V 470 uF (мкФ) и керамический на 0.1-1 мкФ, они сгладят короткие просадки напряжения. Кстати, электролит с низким ESR справится с такой задачей максимально качественно.

Ещё лучше с фильтрацией помех справится LC фильтр, состоящий из индуктивности и конденсатора. Индуктивность нужно брать с номиналом в районе 100-300 мкГн и с током насыщения больше, чем ток нагрузки после фильтра. Конденсатор – электролит с ёмкостью 100-1000 uF в зависимости опять же от тока потребления нагрузки после фильтра. Подключается вот так, чем ближе к нагрузке – тем лучше:

Подробнее о расчёте фильтров можно почитать здесь.

Виды автомобильных реле

В автомобильном электрооборудовании используются разные реле. Например для включения кнопками ближнего и дальнего света применяются обычные, а те реле, которыми управляет автоматика имеют защитное сопротивление. Защитные сопротивления и диоды нужны для уменьшения обратного напряжения самоиндукции при выключении реле. Этот обратный бросок может вывести из строя управляющие транзисторы и микросхемы. Проверим осциллографом какое обратное напряжение возникает на обычном реле без защиты.

1) Реле без защиты:

Как видно по осциллограмме, бросок обратного напряжения достиг 264 вольта. Такой бросок хорошо ощущается если включать и выключать реле, держа оголённый провод в руке и касаться клеммы АКБ, ощущение как удар от статического электричества.

2) Реле с резистором:

Осциллограмма реле с резистором уже имеет бросок обратного напряжения 35 вольт, что уже не так много и скорее всего характеристики транзисторов и микросхем рассчитаны на такое обратное напряжение. Если кому интересен номинал такого сопротивления, то я измерил его мультиметром, оно составило 357 Ом (по цветовой маркировке 360 Ом), а обмотка реле имеет сопротивление 84 Ом. Посмотрел сопротивление на более крупном силовом реле (артикул 71.3747-21) по цветовой маркировке тоже получается 360 Ом, сопротивление обмотки по расчётам около 80 Ом.

На осциллограмме у силового реле обратное напряжение получилось 46 вольт:

3) Реле с диодом:

Как видно по осциллограмме, реле с диодом самое эффективное, обратное напряжение составило менее 1 вольта. Недостаток реле с диодом в том, что нужно соблюдать полярность при подключении и если вдруг диод выйдет из строя, то он может закоротить цепь, поэтому цепи управления такими реле лучше защищать предохранителем. Не обязательно ставить диод в реле, в автомагазинах видел в продаже колодки для реле с диодом. В некоторых электронных блоках скорее всего уже встроены защитные диоды, так что не обязательно покупать специальные реле, зависит от марки, модели автомобиля, нужно уточнить. Хотя это тоже можно проверить осциллографом прямо на автомобиле. В реле с сопротивлением есть недостаток в повышенном потреблении тока, нагрев резистора, возможно однажды он незаметно перегорит и реле станет обычным. Если интересно как установить диод в реле или в колодку, то можно прочитать мою статейку «Применение диодов в автоэлектрике».

Преимущества использования диода в реле 12 вольт

Использование диода в реле 12 вольт имеет ряд преимуществ, которые делают его важным элементом в электрических схемах и устройствах. Ниже перечислены основные преимущества использования диода в реле 12 вольт:

1. Защита от обратной полярности. Диод в реле 12 вольт играет роль простого выпрямителя, который позволяет проходить току только в одном направлении. Это защищает электрическую схему от ошибок, связанных с подключением неправильной полярности, и предотвращает повреждение устройства.

2. Повышение эффективности. Диод позволяет увеличить эффективность работы реле 12 вольт. Он поглощает обратные высоковольтные импульсы или волну, которые могут возникать при отключении или изменении тока. Это позволяет улучшить электрическую пропускную способность и предотвратить повреждение схемы.

3. Снижение нагрузки на реле. Использование диода в реле 12 вольт помогает уменьшить нагрузку на само реле. Диод подавляет индуктивное напряжение, возникающее при отключении или изменении тока, и предотвращает повреждение контактов реле. Это увеличивает срок службы реле и обеспечивает более надежную работу всей системы.

4. Улучшение безопасности. Диод в реле 12 вольт способен защитить от короткого замыкания и снижает риск возникновения опасных ситуаций, таких как перегрев или пожар. Он ограничивает ток, проходящий через схему, и предотвращает аварийные ситуации, повышая безопасность работы устройства или системы.

Использование диода в реле 12 вольт позволяет повысить надежность и эффективность работы электрической схемы или устройства. Оно защищает от обратной полярности, улучшает электрическую пропускную способность, снижает нагрузку на реле и обеспечивает безопасность работы всей системы. Поэтому использование диода в реле 12 вольт является важным элементом в современных электрических устройствах и системах.

Автор:

Гaличeв Илья Виктoрoвич