Коммутация больших токов в автомобильной электронике: реле V23130C2021A412 от TEConnectivity
Сообщения об очередном повышении надежности и безопасности автомобильной электроники, более эффективном использовании энергии на борту автомобиля появляются регулярно. Война брендов не прекращается, и каждый год производители представляют новые, еще более совершенные электронные компоненты.
В действительности же вопрос тут не в получении ранее никем не достигнутых параметров, а в снижении себестоимости продукции. Силовая электроника на борту автомобиля – это не передовой рубеж радиоэлектронных технологий, а давно известный набор решений, принципиальная суть которых не меняется десятилетиями. В соревновании выигрывает тот производитель, кому, применив современные материалы, новые технологии производства, свежие инженерные решения, удается сделать давно ставшие привычными компоненты еще дешевле, не пожертвовав при этом функциональностью.
TE Connectivity, один из крупнейших производителей компонентов для силовой электроники, представил новое реле V23130C2021A412 для отключения аккумуляторных батарей (BatteryDisconnectSwitch) BDS-A. При массе 210 г и размерах менее 90 мм реле способно коммутировать ток до 190 А. Низкая стоимость и высокие эксплуатационные характеристики открывают для этого реле широкий диапазон применений: пускатели в различных системах управления, коммутация больших токов аккумуляторных батарей, реверс и остановка двигателей постоянного тока.
Объем корпуса 71 см3, сопротивление замкнутых контактов 240 мкОм, максимальный импульсный коммутируемый ток 1500 А, постоянный ток при температуре окружающей среды +85 OС – 190 А , коммутируемое напряжение до 48 В. Корпус реле выполнен из пластмассы, реле имеет два металлических фланца для подключения силовых кабелей и одновременно крепежа и отвода тепла. Максимальная рассеиваемая тепловая мощность при температуре окружающей среды +85 OС составляет 9 Вт. Рабочую температуру реле в первую очередь ограничивает материал корпуса, прочие части реле способны работать при более высоких температурах.
Реле серии BDS-A выпускаются в двух вариантах исполнения, моностабильном и бистабильном. В моностабильном исполнении: силовые контакты замкнуты, пока управляющая катушка подключена к источнику питания. После отключения управляющей катушки от источника питания силовые контакты возвращаются в исходное положение. Номинальный ток катушки 320 мА, минимальный ток, при котором происходит замыкание, – 190 мА. Бистабильное реле имеет два стабильных энергонезависимых положения силовых контактов. Переключение происходит при подаче на управляющую катушку короткого импульса, энергия которого не превышает 0,5 Вт/с. Сфера применения бистабильной версии реле очевидна: во-первых, бистабильное реле не потребляет энергии на поддержание силовых контактов в замкнутом (или разомкнутом) состоянии.
Постоянное потребление от источника может быть критическим параметром в системах с аккумуляторным питанием, например в стоящем на приколе с заглушенным двигателем автомобиле. Во-вторых, бистабильное реле всегда выигрывает перед моностабильным по максимальному нагрузочному току и рабочей температуре. Дело в том, что если ток через управляющую катушку не течет, то она не выделяет тепла, и диапазон рабочих температур реле расширяется.
Типовое время переключения реле семейства BDS-A составляет 5 мс. Контакты реле выполнены по уже ставшей традиционной для силовых реле схеме, показанной на рисунке 1. Подвижный контактирующий элемент представляет из себя перемычку, которая ложится на два неподвижных контакта, замыкая их. Конструктивно два неподвижных контакта выполнены прямо на медных терминалах для подключения реле к внешней цепи. Материал контактов и дальность их расхождения таковы, что опасность возникновения электрической дуги между парой контактов не появляется при напряжении 20 В. Две пары контактов и разрыв цепи одновременно в двух местах увеличивает максимальное рабочее напряжение до 48 В. Конструкция реле предельно простая, этим и обусловлены высокая надежность, компактность и низкая стоимость. Нужно отметить, что производитель готов изменять конструкцию в соответствии с нуждами конкретного потребителя. К примеру, могут быть изменены длина и форма терминалов для подключения к внешней цепи или диаметр крепежных отверстий в них.
Согласно тестам на вибро, термо- и влагоустойчивость реле семейства BDS-A соответствуют классу защиты IP67 IEC 60 529. Устойчивость к перегрузкам составляет 40 G. Ускорение меньше 40 G не приводит к самопроизвольному размыканию или замыканию силовых контактов, независимо от положения контактов и направления вектора ускорения относительно корпуса.
Основное назначение реле семейства BDS-A – коммутация токов в составе бортовой электросети автомобиля, аварийный разрыв цепей в случае короткого замыкания, штатное отключение аккумулятора от системы для предотвращения его разряда токами утечки. Реле семейства BDS-A могут успешно применяться и в любых других системах, где требуется решение схожих задач.
Несмотря на бурно развивающуюся полупроводниковую технику, востребованность электромагнитных реле не убывает. Производители уменьшают габариты, увеличивают удельную плотность коммутируемой мощности, повышают рабочий ресурс реле. Растет эффективность электромагнитного привода, снижается сопротивление контактов. Тенденция хорошо заметна на всех типах реле, от сигнальных для печатного монтажа до силовых.
Всякий разработчик, встречавший на практике необходимость коммутации больших токов или высоких напряжений при помощи реле коммутируют низковольтные индуктивные нагрузки — именно поэтому в автомобильной электронике с мощными реле никаких проблем нет.