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Zuhause / Nachrichten / Branchennachrichten / Vorteile des Latch-Relais mit geringem Stromverbrauch: Kein Standby-Strom, kühlere Spulen, bessere Auswahl
Ein monostabiles 12-V-Relais mit einer 400-mW-Spule, das rund um die Uhr mit Strom versorgt wird, verbraucht etwa 9,6 Wh pro Tag, wenn ein Kontakt geschlossen bleibt. Vierzig Kanäle in einem Beleuchtungspanel oder die Haltekontakte in einem Smart Meter, die jahrelang geschlossen bleiben müssen, machen daraus eine der größten Dauerbelastungen auf der Platine. Selbsthaltende Relais mit geringer Leistung entfernen es: Ein kurzer Impuls ändert den Zustand und ein Permanentmagnet hält ihn dort ohne Haltestrom.
Das Fazit gleich vorweg. Wenn ein Kontakt stunden-, tage- oder jahrelang in einer Position bleiben muss, entfernt ein bistabiles Relais die stationäre Spulenleistung, die Spulenwärme und den damit verbundenen Versorgungsspielraum. Was dadurch nicht beseitigt wird, ist der technische Aufwand, da Sie einen konstanten Spulenstrom gegen einen Impulstreiber, eine dokumentierte Zustandskonvention und eine ausfallsichere Entscheidung eintauschen.
Was geringer Stromverbrauch bei einem Stromstoßrelais eigentlich bedeutet
Beide Relaisfamilien bewegen Kontakte mit dem Magnetfeld einer Spule. Der Unterschied besteht darin, was danach passiert. Ein monostabiles Relais wird durch eine Feder in der geöffneten Position gehalten, daher muss die Spule so lange erregt bleiben, wie der Kontakt geschlossen bleiben muss. Ein bistabiles Stromstoßrelais verwendet einen Permanentmagneten, um den Anker in der stabilen Position zu halten, in die er zuletzt bewegt wurde, sodass die Spule ihn nur bewegen muss – normalerweise mit einem Impuls von 5 bis 20 ms bei Nennspannung der Spule.
Die Antriebsmethode hängt von der Spulenkonfiguration ab. Ein Einzelspulen-Stromstoßrelais setzt und setzt sich durch Umkehren der Polarität zurück, was eine Halbbrücke oder H-Brücke, zwei Ausgänge, die sich niemals überlappen dürfen, und eine Spule, die über der Erde schwebt, erfordert. Bei einer Doppelspulenversion ist eine Wicklung zum Setzen und eine andere zum Zurücksetzen reserviert, sodass zwei Low-Side-Schalter ausreichen, auf Kosten eines größeren Spulenfensters und etwas höherer Stückkosten.
In der Arithmetik wird der Fall klar. Eine kontinuierlich betriebene 400-mW-Spule verbraucht etwa 34,5 kJ (9,6 Wh) pro Tag; Dasselbe Relais in selbsthaltender Form, das hundertmal am Tag mit 8 mJ pro Impuls geschaltet wird, verbraucht etwa 0,8 J. Für eine Betrachtung dieses Vergleichs auf Schaltungsebene ist diese Erklärung von wie selbsthaltende Relaisschaltungen den Standby-Strom im Vergleich zu herkömmlichen Relais reduzieren deckt das Pulstiming und die Treiberstufe ab.
| Parameter | Stromstoßrelais (bistabil) | Nicht selbsthaltendes Relais (monostabil) |
|---|---|---|
| Spulenstrom im eingeschwungenen Zustand | Ungefähr 0 mA | Kontinuierlich unter Spannung |
| Beispiel Haltekraft | 0 W | Etwa 0,4 W |
| Tägliche Energie (100 Betätigungen oder gehalten) | Etwa 0,8 J | Etwa 34,5 kJ (9,6 Wh) |
| Selbsterwärmung der Spule | Nur während des Pulses | Kontinuierlich, erhöht die Innentemperatur |
| Zustand nach Versorgungsausfall | Behält die zuletzt eingestellte oder zurückgesetzte Position bei | Kehrt in die freigegebene Position zurück |
| Fahrerstufe | H-Brücke oder zwei Spulentreiber plus Pulstiming | Ein Transistor- oder Treiberkanal |
| Typische Stückkosten | Etwas höher | Niedriger |
Als Faustregel gilt: Wenn die Spule länger als ein paar Sekunden am Stück mit Strom versorgt wird, stellt die Spule den größten Verlust im Relais dar und es lohnt sich, auf eine bistabile Version zu verzichten.
Vorteile, die sich in echten Designs zeigen
In den Datenblättern sind dieselben wenigen Vorteile aufgeführt. In der Praxis löst jeder davon ein spezifisches Problem, und es ist hilfreich zu wissen, für welches Problem Sie eine Lösung kaufen.
Standby-Leistung und Akkulaufzeit
Der stationäre Stromverbrauch einer Verriegelungsspule ist im Wesentlichen der Leckstrom ihrer Treiberstufe, oft im Mikroampere-Bereich, sodass sich der Verbrauch von kontinuierlich zu pro Betrieb verschiebt. Bei einem batteriebetriebenen Gerät, das ein paar Mal am Tag ein Ventil schaltet, ist das der Unterschied zwischen einer Wochen- und einer jahrelangen Knopfzelle. Bei netzbetriebenen Geräten zeigt sich die gleiche Verschiebung in den Standby-Zahlen und den dahinter stehenden Compliance-Unterlagen.
0 W Dauerhafte Spulenhalteleistung in einem bistabilen Relais
8 mJ typische Energie für einen Setz- oder Rücksetzimpuls
9,6 Wh Tagesverbrauch einer vergleichbaren monostabilen 400-mW-Spule, die eingeschaltet bleibt
Weniger Spulenwärme, mehr thermischer Spielraum
Eine unter Spannung stehende Spule ist ein kleiner Widerstand, der seine Wärme nirgendwo ableiten kann. Eine 0,4-W-Spule in einem versiegelten Relais erhöht die Innentemperatur um mehrere Grad über die Umgebungstemperatur, und diese Wärme erreicht die Kontaktfeder, das Kunststoffgehäuse und benachbarte Komponenten. Das Entfernen erweitert die Leistungsminderungsspielräume, verlangsamt die Alterung der Isolierung und kann den Unterschied zwischen einem Standardteil und einer 105 °C-Version in einem heißen Gehäuse ausmachen.
Kontaktkraft, die der Spule nicht folgt
Da der Magnet und nicht der Spulenfluss den Anker hält, bleibt der Kontaktdruck unabhängig von der Versorgungsschiene konstant. Kurze Spannungsabfälle können die Kontakte nicht zum Flattern bringen, und das Relais ist weniger empfindlich gegenüber Vibrationen als ein monostabiler Typ, der nur durch den Spulenstrom gehalten wird. Bei der Messung und industriellen Steuerung bedeutet das weniger unerklärliche Unterbrechungen.
Kleineres Angebot, einfachere Dimensionierung
Vierzig Spulen mit 0,4 W fügen einer Gleichstromschiene 16 W hinzu, bevor alles andere gezählt wird. Entfernt man diese Last, schrumpfen der Transformator, die Hauptkapazität und der Kühlkörper, oder die gleiche Versorgung kann mehr Kanäle versorgen. Die Ersparnis ist häufig größer als der Preisunterschied zwischen den beiden Relaistypen.
Wenn die Treiberstufe bereits vorhanden ist und die Kontaktbelastbarkeit plus Zertifizierung Priorität hat, deckt ein 16-A- oder 20-A-Stromstoßrelais mit UL- und CQC-Zulassung Geräte- und Beleuchtungslasten ohne zusätzliche Spulenhardware ab.
FH42L 16A/20A Stromstoßrelais mit UL und CQC Ein kompaktes Stromstoßrelais mit einer Nennleistung von 16 A/20 A, UL/CQC-Zulassung, Einzel- oder Doppelspulenoptionen und einer niedrigen Spulenleistung von 250 mW für Geräte-, Beleuchtungs- und Messgerätedesigns. Produkt anzeigen → Wo Stromstoßrelais mit geringem Stromverbrauch ihren Platz verdienen
Bistabile Relais sind kein universelles Upgrade. Sie zahlen sich dort aus, wo ein Kontakt über längere Zeit seinen Zustand behält, wenn das Gehäuse dicht oder heiß ist oder jedes Milliwatt Standby gerechtfertigt sein muss.
Smart Metering und Laststeuerung
Ein Trennkontakt für das ganze Haus innerhalb eines Zählers kann jahrelang geschlossen bleiben und am Ende dieses Zeitraums immer noch beim ersten Befehl geöffnet werden. Spulenwärme ist dort nicht nur Energieverschwendung: Sie erwärmt den Strompfad und verschiebt die thermische Basislinie der Messkette, während sie gleichzeitig das immer knapper werdende Standby-Budget verschlingt. Für diese Aufgabe sind bistabile Relais mit einer Nennleistung von 80 A bis 125 A üblich, normalerweise zusammen mit einem Shunt oder einem Stromwandler auf der Messseite. Die Anwendungshinweise zu Intelligente Strommessung Zeigen Sie, wie diese Teile zusammenpassen.
Ein Verriegelungsrelais, das sowohl für den Einsatz als Smart Meter als auch für die Beleuchtungssteuerung ausgelegt ist, ermöglicht, dass eine Teilenummer den internen Lastschalter des Messgeräts und den von ihm gesteuerten externen Beleuchtungskreis bedient.
W30L 40A/50A Stromstoßrelais für intelligente Beleuchtung und Messgeräte UL-, TÜV- und CQC-konformes 40-A/50-A-Stromstoßrelais mit manuellem Schalter, 1-A-/1-B-/1-C-Kontakten und 12-kV-Überspannungsschutz für Beleuchtung und Smart-Meter-Lastschaltung. Produkt anzeigen → Beleuchtung und Gebäudesteuerung
Ein Panel mit vierzig monostabilen Kanälen verbraucht jeden Tag Energie, unabhängig davon, ob jemand das Licht einschaltet oder nicht. Selbsthaltende Kanäle behalten ihren letzten Szenenzustand ohne Spulenstrom bei und behalten diesen Zustand auch nach einem Controller-Reset oder einem Firmware-Update bei.
Lade-, Solar- und Speicherausrüstung
In Ladestationen und Wechselrichtern eignen sich Stromstoßrelais für Wechselstrompfade, die über längere Zeiträume verbunden bleiben müssen und den Ausfall und die erneute Schließung vermeiden müssen, die andernfalls bei einem Netzeinbruch auftreten würden. Die Kontaktnennwerte dieser Familie reichen von etwa 25 A bis 270 A und decken die meisten einphasigen und kleineren dreiphasigen Pfade ab.
Batteriebetriebene und Remote-Geräte
Fernabschaltung, Verriegelungsventile und telemetriegesteuerte Trennschalter tragen nicht zum durchschnittlichen Strombudget zwischen den Vorgängen bei, wodurch der Ruhestrom dort bleibt, wo der Entwickler ihn vorgesehen hat.
Single-Coil- und Double-Coil-Versionen verändern die Schaltung, nicht den Nutzen
Beide Konfigurationen liefern keine Halteleistung; Sie unterscheiden sich darin, was der Fahrer tun muss. Bei einer einzelnen Spule haben Set und Reset entgegengesetzte Polaritäten, sodass der Treiber eine Halbbrücke oder H-Brücke benötigt und die beiden Ausgänge niemals zusammen aktiv sein dürfen. Bei zwei Spulen erhält jede Wicklung einen eigenen Low-Side-Schalter, die Verkabelung ist einfacher und die Polarität kann nicht umgekehrt werden, was auf Kosten eines größeren Spulenfensters geht.
Zwei Details erschrecken die Leute. Ein ausgeschalteter Treiberkanal, der einen Leckstrom verursacht, kann eine Spule teilweise erregen, daher muss der Leckstrom anhand des Schwellenwerts des Relais überprüft werden, der nicht ansprechen darf. Und die Impulsbreite ist bei der Nennspannung der Spule angegeben, sodass ein Design, das die Spule über einen Kondensator oder eine Schiene antreibt, die unter Last durchhängt, möglicherweise weniger Energie liefert als erwartet – insbesondere bei niedrigen Temperaturen, wo der Spulenwiderstand am niedrigsten ist.
Wenn der Platinenplatz wichtiger ist als die Einfachheit des Treibers, spart ein Stromstoßrelais, das sowohl in Einzelspulen- als auch in Doppelspulenversionen erhältlich ist, eine Stellfläche und einen Qualifizierungsaufwand ein, während der Treiber über die Anordnung entscheidet.
FH31L 80A Stromstoßrelais für Smart Metering IEC62052-31 UC2-konformes 80-A-Stromstoßrelais mit Einzel- oder Doppelspulenoptionen und zählerorientierter Grundfläche, geeignet für die Smart-Meter-Umschaltung, bei der eine Zustandserhaltung nützlich ist. Produkt anzeigen → Kompromisse und eine Auswahl-Checkliste
Der Hauptkompromiss ist eher verhaltenstechnischer als elektrischer Natur: Ein Stromstoßrelais erinnert sich. Dies ist ein Vorteil bei der Messung und Beleuchtung und stellt eine Gefahr in Schaltkreisen dar, die bei Wegfall der Steuerspannung abgeschaltet werden sollen. Wenn eine Sicherheitsfunktion davon abhängt, dass das Relais abfällt, belassen Sie ein monostabiles Gerät auf diesem Pfad oder fügen Sie einen Hilfskontakt hinzu, damit die Steuerung nach einem Neustart die tatsächliche Position lesen kann.
Drei weitere Grenzwerte gehören in die Designprüfung. Die Spule kann nicht als Statusanzeige fungieren, da nur während des Impulses Strom fließt. Von der Spule kann nicht auf eine Kontaktverschweißung geschlossen werden. Und die Spule ist für kurze Beanspruchung ausgelegt, sodass sowohl Hardware als auch Firmware garantieren sollten, dass ein Impuls endet, selbst wenn der Controller mitten in der Sequenz hängen bleibt.
Wenn Sie Kandidatenteile vergleichen, sind dies die Parameter, die darüber entscheiden, ob das Design die Praxis überdauert:
- Kontaktnennwert im Verhältnis zum tatsächlichen Einschaltstrom, nicht zum Dauerstrom, da Lampen- und kapazitive Lasten einige Millisekunden lang ein Vielfaches ihres Nennstroms ziehen.
- Die Spulenspannungen müssen bei der kältesten und heißesten spezifizierten Umgebungstemperatur betrieben und freigegeben werden, nicht nur bei 25 °C.
- Impulsbreite, Mindestintervall zwischen den Vorgängen und zulässiger Arbeitszyklus.
- Spulenkonfiguration zuzüglich des Leckstroms der Treiberstufe, die sie speist.
- Kontaktmaterial und -struktur, da AgSnO2 und Doppelkontaktbrücken Einschaltströme besser vertragen als ein einzelner Feinkontakt.
- Zertifizierungs- und Temperaturvarianten für den Zielmarkt: UL TÜV CQC RoHS
Häufig gestellte Fragen
F1: Wie viel Strom spart ein Stromstoßrelais tatsächlich?
Gegenüber einem vergleichbaren monostabilen Relais mit einer 400-mW-Spule, die den ganzen Tag eingeschaltet bleibt, beträgt die Einsparung etwa 9,6 Wh pro Tag oder etwa 3,5 kWh pro Jahr für jedes Relais. Der Eigenverbrauch des Stromstoßrelais sinkt auf wenige Millijoule pro Betätigung plus Treiberverlust, sodass der Vorteil nahezu der vollen Halteleistung der Spule entspricht, die es ersetzt.
F2: Behält ein Stromstoßrelais seine Position, wenn die Stromversorgung ausfällt?
Ja. Der Permanentmagnet hält den Anker in der zuletzt eingestellten oder zurückgesetzten Position, sodass der Kontaktzustand einen Stromausfall und einen Neustart der Steuerung übersteht. Das ist genau das, was der Lastschalter eines Zählers benötigt, und das ist etwas, das Sie in Stromkreisen berücksichtigen müssen, die ausfallsicher sein sollen.
F3: Kann ein Mikrocontroller-Pin ein Verriegelungsrelais direkt ansteuern?
Fast nie. Ein GPIO liefert einige Milliampere und hält einen Pegel, während eine Latch-Spule einen definierten Impuls von mehreren zehn Milliampere bei Nennspulenspannung benötigt. Verwenden Sie eine MOSFET-Halbbrücke oder einen dedizierten Treiber, generieren Sie den Impuls in der Firmware und fügen Sie eine Hardwarebegrenzung wie ein RC-Netzwerk hinzu, damit ein Software-Hang die Spule nicht unter Spannung setzen kann.
F4: Warum schaltet ein Stromstoßrelais manchmal nach einer langen Leerlaufzeit nicht?
Die häufigsten Ursachen sind ein untererregter Impuls, Oxidation an Kontakten, die sich monatelang nicht bewegt haben, oder eine Spule, die bei niedriger Temperatur unter ihre erforderliche Betriebsspannung getrieben wird. Durch die Überprüfung der Impulsenergie auf der ungünstigsten Schiene und Umgebung sowie durch die Auswahl eines an die Last angepassten Kontaktmaterials lassen sich die meisten dieser Fälle beseitigen.
Die Vorteile von Stromstoßrelais mit geringem Stromverbrauch beruhen auf einer Änderung im Design: Die Spule stellt keine Dauerlast mehr dar und wird zu einem kurzzeitigen Ereignis. Daraus ergibt sich alles andere – geringerer Standby-Verbrauch, weniger Wärme im Gehäuse, eine geringere Versorgung und ein Kontakt, der seine Position auch bei Ausfällen und Spannungsabfällen beibehält. Der Preis ist ein Impulstreiber, eine dokumentierte Zustandskonvention und eine klare Antwort darauf, was das Relais tun soll, wenn die Steuerspannung wegfällt. Wenn Sie zunächst diese drei Punkte klären, ist der Vergleich von Teilen hauptsächlich eine Frage der Kontaktbewertung, der Spulenkonfiguration und der Zertifizierung.
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