Schaltplan des Verriegelungsrelais: Funktionsprinzip, Verdrahtungsanleitung und Auswahltipps

Der Entwurf eines Stromstoßrelais-Schaltplans gehört zu den Aufgaben, die kompliziert erscheinen, bis man die Kernidee verstanden hat: Das Relais merkt sich seinen letzten Zustand, ohne kontinuierlichen Spulenstrom zu verbrauchen. Die praktische Schlussfolgerung ist einfach: Sobald Sie sich zwischen einem Einzelspulen- und einem Doppelspulengerät entschieden haben, wird das Verdrahtungsmuster zu einem vorhersehbaren Zwei-Tasten-Design, das Sie für intelligente Zähler, Beleuchtungssteuerung und Ladesäulenanwendungen wiederverwenden können. In diesem Leitfaden erläutern wir das Funktionsprinzip, zeigen Diagrammbeispiele, vergleichen Stromstoßrelais mit Standardrelais und gehen die Auswahlkriterien durch, die in der Produktion wichtig sind.

Was ist ein Stromstoßrelais?

Ein Verriegelungsrelais ist ein elektromechanisches Relais, das seine Kontakte durch eine magnetische Verriegelungsstruktur entweder in einer offenen oder geschlossenen Position hält, ohne dass ein kontinuierlicher Strom durch die Spule erforderlich ist. Bei einem standardmäßigen nicht selbsthaltenden Relais muss die Spule unter Strom bleiben, damit die Kontakte in der geschalteten Position bleiben. Im Gegensatz dazu benötigt ein Stromstoßrelais nur einen kurzen Impuls, um den Zustand zu ändern, und dann hält ein Permanentmagnet oder eine Restmagnetkraft diesen Zustand aufrecht.

Aus der Sicht eines Konstrukteurs werden damit gleich drei Probleme angegangen: Energieverbrauch, Wärmeerzeugung und das Risiko eines Spulendurchbrennens. Stellen Sie sich einen intelligenten Zähler vor, der rund um die Uhr funktioniert. Eine nicht selbsthaltende Relaisspule, die kontinuierlich 150 mW verbraucht, verbraucht etwa 1,3 kWh pro Jahr, während ein selbsthaltendes Relais zwischen den Schaltvorgängen fast nichts verbraucht. Über eine Nutzungsdauer von zehn Jahren summiert sich dieser Unterschied.

Wenn Sie eine Auffrischung der Funktionsweise von Relaiskontakten und -kategorien benötigen, können Sie unseren Artikel lesen Wie ein Relais funktioniert und welche Kontaktarten es gibt .

Wie funktioniert ein Stromstoßrelais?

Zwei stabile Staaten

Ein Stromstoßrelais hat zwei mechanisch stabile Positionen. Wenn die Setzspule einen Impuls empfängt, bewegt sich der Anker in die geschlossene Position und wird von der Magnetverriegelung dort gehalten. Wenn die Rücksetzspule einen Impuls empfängt, bewegt sich der Anker zurück und der Riegel hält ihn in der geöffneten Position. Die Kontakte ändern ihren Zustand nicht, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, da die Magnetverriegelung nicht vom Spulenstrom abhängt.

Single-Coil- oder Dual-Coil-Designs

Die wichtigste Entscheidung beim Studium eines Stromstoßrelais-Schaltplans ist der Spulentyp. Ein Einzelspulen-Stromstoßrelais verwendet die Polaritätsumkehr: Ein Draht ist positiv zum Setzen, negativ zum Zurücksetzen oder umgekehrt. Ein Doppelspulen-Stromstoßrelais verwendet zwei unabhängige Spulen: eine zum Setzen und eine zum Zurücksetzen. Dies vereinfacht die Verkabelung, wenn Sie nur eine einfache Push-Pull-Steuerung benötigen oder wenn der Treiber-IC nur einen Ausgang pro Richtung hat.

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Beispiele für Stromlaufrelais-Schaltpläne

Doppelspulen-Set/Reset-Verkabelung

In einer Doppelspulenkonfiguration sind die Setzspule und die Rücksetzspule als separate Zweige von der positiven Schiene zur Erde verdrahtet. Durch kurzes Drücken der Einstelltaste wird die Einstellspule aktiviert und das Relais verriegelt. Durch Drücken der Reset-Taste wird die Reset-Spule aktiviert und die Verriegelung freigegeben.

Single-Coil-Polaritätsumkehrverdrahtung

Bei einem Single-Coil-Design verwenden sowohl das Setzen als auch das Zurücksetzen dieselbe Spule. Um den Zustand zu wechseln, kehren Sie die Polarität der an die Spule angelegten Spannung um. Ein typischer Ansatz verwendet eine H-Brücke oder zwei Transistoren, die in einer Push-Pull-Konfiguration angeordnet sind. Ein Impuls mit positiver Polarität setzt das Relais, während ein Impuls mit umgekehrter Polarität es zurücksetzt. Da die Spule für beide Vorgänge gleich ist, ist der Platzbedarf auf der Leiterplatte kleiner, die Treiberschaltung jedoch etwas komplexer.

MCU-gesteuertes Verriegelungsrelais

Wenn ein Mikrocontroller ein Verriegelungsrelais ansteuert, können Sie zwei GPIO-Pins mit Transistoren für ein Dual-Coil-Gerät oder einen H-Brücken-Treiber für ein Single-Coil-Gerät verwenden. Da das Relais nur während des Schaltimpulses Strom zieht, kann der Treiber eher für einen kurzen Impuls als für eine Dauerlast ausgelegt werden. Dies macht MCU-gesteuerte Schaltkreise besonders attraktiv für batteriebetriebene Geräte und intelligente Messsysteme, bei denen jedes Milliwatt zählt.

Selbsthaltendes Relais im Vergleich zu nicht selbsthaltendem Relais

Die Wahl hängt davon ab, ob Ihre Anwendung eine Speicherfunktion oder einen ausfallsicheren Zustand benötigt. Wenn ein Stromausfall zu einem Ausschaltzustand führen muss, ist ein nicht selbsthaltendes Relais sicherer. Wenn das Gerät nach einer Stromunterbrechung seinen Zustand beibehalten und die richtige Position wiederherstellen muss, ist ein Stromstoßrelais die bessere Lösung.

So wählen Sie das richtige Stromstoßrelais aus

Spulenspannung

Passen Sie die Spulenspannung an Ihre Versorgungsschiene an. Zu den gängigen Werten gehören 5 V, 12 V und 24 V. Eine für 12 V ausgelegte Spule, die mit 5 V betrieben wird, verriegelt nicht zuverlässig und Überspannung kann die Isolierung beschädigen. Wenn Ihre Schaltung eine Polaritätsumkehr verwendet, stellen Sie sicher, dass der Treiber sowohl positive als auch negative Impulse sauber liefern kann.

Spulentyp

Die Wahl zwischen Single-Coil und Dual-Coil hängt von Ihrer Treiberschaltung ab. Dual-Coil bietet eine einfachere Steuerlogik, da Set und Reset unabhängig voneinander sind. Single-Coil benötigt weniger Anschlüsse, erfordert jedoch eine Polaritätsumkehr, was die Anzahl der Treiberkomponenten erhöht. Bei einem Design mit begrenztem Platz auf der Leiterplatte ist ein Dual-Coil-Gerät mit einer kompakten Pinbelegung oft einfacher zu verlegen.

Kontaktkonfiguration

Wählen Sie das Kontaktformular entsprechend Ihrer Belastung aus. SPST ist die einfachste Variante, aber SPDT- und Doppelkontaktstrukturen ermöglichen die gleichzeitige Steuerung von zwei Schaltkreisen. Gegabelte Kontakte verbessern die Zuverlässigkeit beim Schalten von Schwachstromsignalen und sind nützlich, wenn Sie sowohl Leistungs- als auch Hilfssignale von einem Relais schalten müssen.

Belastungswerte

Dabei spielen Schaltstrom, Spannung und Einschaltstrom eine Rolle. Widerstandslasten sind einfacher zu handhaben als induktive oder kapazitive Lasten, die Transienten erzeugen, die Kontakte verschweißen können. Für eine 16-A- bis 20-A-Anwendung mit UL- und CQC-Zulassungsanforderungen ist die FH42L-Stromstoßrelais mit UL- und CQC-Konformität ist eine praktische Option, da sie für globale Märkte getestet wurde und ein Standard-Leiterplatten-Anschlusslayout verwendet.

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Fehlerbehebung bei häufig auftretenden Problemen mit Verriegelungsrelais

• Relais ändert seinen Zustand nicht: Überprüfen Sie die Spulenspannung und den Treiber. Stellen Sie sicher, dass die Impulsdauer mindestens 20 ms bis 50 ms beträgt, damit sich der Anker vollständig bewegt.
• Das Relais hält den Status nicht: Überprüfen Sie den Magnetverschluss. Ein zu kurzer Impuls kann dazu führen, dass sich der Anker in einer Zwischenposition befindet und die Falle nicht vollständig einrastet.
• Kontakte kleben oder schweißen: Reduzieren Sie den Einschaltstrom oder verwenden Sie ein für die Last ausgelegtes Kontaktmaterial, z. B. AgSnO2, das der Lichtbogenerosion besser widersteht als reine Silberkontakte.
• Rauschen oder falsches Schalten: Fügen Sie Flyback-Dioden entlang der Spule hinzu, insbesondere in Doppelspulenschaltungen, und filtern Sie verrauschte Versorgungsleitungen mit einem kleinen Kondensator in der Nähe des Relais.

Anwendungen, bei denen Stromstoßrelais glänzen

Selbsthaltende Relais sind in intelligenten Stromzählern üblich, da das Relais über längere Zeiträume in einem bestimmten Zustand bleiben muss, ohne den Zähler zu entladen. Sie werden auch häufig in der Smart-Home-Beleuchtungssteuerung, Ladesäulen, der industriellen Automatisierung und neuen Energiesystemen eingesetzt. In diesen Umgebungen reduziert die Fähigkeit, einen Zustand ohne kontinuierliche Spulenleistung aufrechtzuerhalten, die Eigenerwärmung und verlängert die Lebensdauer der Leiterplattenbaugruppe.

Für Smart-Meter- und Lichtsteuerungsanwendungen ist die W30L-Stromstoßrelais für intelligente Zähler- und Beleuchtungssteuerung Bietet eine kompakte Stellfläche und einen umschaltbaren Haltemechanismus, sodass es direkt für Zähler- und Beleuchtungssteuerplatinen geeignet ist. Sie können auch erkunden wie Fanhar intelligente Stromzähleranwendungen unterstützt um zu sehen, wie diese Komponenten in Produktionsbereitstellungen integriert werden.

W30L 40A/50A Stromstoßrelais für intelligente Zähler- und Beleuchtungssteuerung Dieses Stromstoßrelais verarbeitet bis zu 50 A mit einer kompakten Stellfläche und einem manuellen Steuerschalter. Es ist UL-, TÜV- und CQC-konform und eignet sich daher direkt für Messgeräte- und Beleuchtungssteuerungsanwendungen. Produkt anzeigen →

FAQ

F1: Benötigen Stromstoßrelais eine konstante Stromversorgung?

Nein. Ein Stromstoßrelais benötigt nur einen Impuls, um den Zustand umzuschalten. Nach dem Schalten hält die Magnetverriegelung die Kontakte ohne kontinuierlichen Spulenstrom an Ort und Stelle, sodass die Spule keinen Strom verbraucht, während das Relais im Leerlauf ist.

F2: Was ist besser: Single-Coil oder Dual-Coil?

Es kommt auf den Fahrer an. Dual-Coil ist mit einfachen GPIOs einfacher zu steuern, da Set und Reset unabhängig voneinander sind. Single-Coil spart Anschlüsse, erfordert jedoch eine Schaltung zur Polaritätsumkehr, beispielsweise eine H-Brücke. Wenn Sie den Platz auf der Leiterplatte optimieren möchten, ist eine Doppelspule mit einem kompakten Anschlusslayout normalerweise praktisch.

F3: Kann ein Stromstoßrelais im geöffneten oder geschlossenen Zustand ausfallen?

Ja. Mechanischer Verschleiß, verschweißte Kontakte oder eine fehlerhafte Magnetverriegelung können beide Fehlerarten verursachen. Die richtige Auswahl der Last, ein geeigneter Spulenantrieb und ein Relais mit einer robusten Kontaktstruktur tragen dazu bei, diese Fehler zu verhindern.

F4: Wie lang sollte der Steuerimpuls sein?

Normalerweise reichen 20 bis 50 ms für ein 12-V- oder 24-V-Stromstoßrelais aus. Längere Impulse beschädigen das Relais nicht, sondern verschwenden Energie, während extrem kurze Impulse den Anker möglicherweise nicht vollständig bewegen und zu unzuverlässigem Schalten führen können.

Fazit

Der Schaltplan eines Stromstoßrelais ist leicht zu lesen, wenn Sie wissen, ob das Gerät eine oder zwei Spulen verwendet. Sobald der Spulentyp klar ist, folgt die Verkabelung einem vorhersehbaren Muster und die Hauptentwurfsarbeit verlagert sich auf die Auswahl der richtigen Spulenspannung, Kontaktbelastbarkeit und Schutzkomponenten. Bei intelligenten Zählern, Beleuchtungssteuerungen und neuen Energiegeräten sind die Energieeinsparungen und die langfristige Zuverlässigkeit eines selbsthaltenden Relais mit einer nicht selbsthaltenden Alternative nur schwer zu erreichen.