зачем диод в реле авто
Реле и диоды для авто
И так, не много про реле
Реле — это электромагнитный переключатель, состоящий из катушки (контакты 85 и 86), одного общего контакта (30), одного нормально разомнкнутого (87) и одного нормально замкнутого (87a) контактов. Такие реле — самые распостраненные и называются однополюсными на два направления.
Когда напряжение на катушке такого реле отсутствует, контакты 30 и 87a — общий и нормально замкнутый — соединены.
Если подать на катушку напряжение то реле переключится и теперь будут замкнуты контакты 30 и 87 — общий и нормально разомкнутый. Если напряжение на катушке теперь пропадет — то реле вернется в свое исходное состояние.
При подключении реле полярность включения катушки не имеет значения, если только нет защитного диода, соединяющего контакты катушки. Если его нет, вы можете подключать провод положительного напряжения (плюсовой) к любому из контактов катушки, а провод отрицательного к оставшемуся из них, в противном случае нужно подключать плюсовой провод к тому контакту, к которому подключен катод диода (он помечен полоской на его корпусе), а провод отрицательного напряжения (минусовой) к его аноду.
При подключении реле полярность включения катушки не имеет значения, если только нет защитного диода, соединяющего контакты катушки. Если его нет, вы можете подключать провод положительного напряжения (плюсовой) к любому из контактов катушки, а провод отрицательного к оставшемуся из них, в противном случае нужно подключать плюсовой провод к тому контакту, к которому подключен катод диода (он помечен полоской на его корпусе), а провод отрицательного напряжения (минусовой) к его аноду.
Диоды чаще всего используются для защиты реле от перегрузок возникающих в момент размыкания цепи катушки. При наличии диода ток катушки через него свободно стекает предотвращая возникновения пиков напряжения в момент размыкания и защищая таким образом контакты от искрения и другие чувствительные цепи от этих толчков.
Зачем нужно использовать реле? Каждый раз когда требуется подключить устройство, потребляющее ток больший, нежели управлящее устройтво способно выдать на свой выход — требуется установка реле. Катушка реле для его активизации требует очень малых токов (не более 200 миллиапер), а ток проходящий через общий нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты напротив, может быть весьма велик и достигать в пределе 30-40 ампер.
Это свойство реле позволяет управлять такими устройствами, как фары, парковочные огни, гудки и т.п. используя слаботочные выходы сигнализаций, центральных замков или других систем. В некоторых случаях необходимо одновременно включить несколько устройств используя один выход. Тогда подключают этот выход к множеству реле которые в свою очередь одновременно замыкают и размыкают множество цепей одновременно.
Существует огромное множество задач которые требуют применения реле, далее мы рассмотрим лишь самую простую из них в качестве примера.
Смена полярности с отрицательной на положительную.
Если у вас имеется отрицательный выход на каком-нибудь устройстве, таком как сигнализация или центральный замок, и вы хотите использовать его для управления устройством которое требует +12 вольт для работы (например фары или замок люка в крыше) вам потребуется подключить реле как показано ниже для смены полярности управляющего напряжения.
Смена полярности с положительной на отрицательную
Если Вам наоборт необходимо использовать положительный выход сигнализации с устройством которое требует замыкания на «землю», подключите реле следующим образом для смены полярности управляющего сигнала на отрицательную.
А сейчас про диоды
Начинать изучение инсталляторского дела следует непременно с основ электроники и электротехники.
Используя всего-навсего реле и несколько диодов вы можете создать цепь дистанционного запуска используя уже установленную сигнализацию или центральный замок. Добавив к этому конденсатор и резистор вы получите таймер который создаст необходимую задержку. Или добавив реле к одному из дистанционно управляемых выходов вашей сигнализации сможете включить одновременно сразу несколько устройств — например усилитель, фары и т.п.
Испольуя закон Ома, легко подсчитать правильный номинал плавкого предохранителя в цепи, или подсчитать полное сопротивление нагрузки из нескольких колонок на усилитель а также многое другое.
Самый простой в использовании и один из самых часто используемых компонентов — это диоды. Диод — это полупроводниковый прибор, который пропускает ток только в одном направлении. У диода два вывода — анод и катод (катод помечен полоской).
Ток через диод течет лишь в том случае, когда потенциал на аноде больше чем на катоде.
Как можно использовать диоды? Вот пример: многие автомобили имеют два отдельных концевых выключателя (триггера) дверей которые установлены изолированно друг от друга (обычно так бывает на американских авто), один выключатель для водительской двери, а второй — для всех остальных. Если блок автосигнализации имеет только один вход для подключения концевых выключателей дверей — то Вам необходимо соединить оба выключателя с этим входом, потому что если вы не подключите к сигнализации хотя-бы один из них то часть дверей автомобиля не будет находится под охраной.
С другой стороны, если Вы просто соедините оба выключателся с соответствующим входом блока сигнализации, то некоторые полезные функции, такие как звуковая сигнализация открытия дверей или индикаторы открытия дверей на прибороной панели могуть пропасть или выдавать неверную информацию (например неправильно отображать, какая именно дверь открылась, одна из пассажирских или водительская).
Чтобы изолировать два и более положительных концевых выключателей дверей просто соедините их через диоды, таким образом, чтобы анод каждого диода был соединен с соответсвующим триггером, а катоды всех диодов были соединены с положительным входом блока сигнализации.
По такой-же схеме можно подключать несколько датчиков с отрицательными выходами, например несколько датчиков удара и к одному входу сигнализации.
Обычно, если не указано особо, подразумевается что используемые диоды рассчитаны на максимальный ток в 1 ампер.
Ток — это то что течет по проводнику. Ток всегда течет от точки с больщим потенциалом к точке с наименьшим потенциалом по поверхности проводника. Ток обозначается символом I, а силу тока измеряют в амперах (а.)
Напряжение — это разность электрического потенциала между двумя точками электрической цепи. Его можно представить как давление, благодаря которому течет ток. Напряжение обозначают U и измеряют в вольтах (в.)
Сопротивление определяет насколько большой ток может протекать через какой-либо компонент. Резисторы используются для ограничения уровней тока и напряжения. Большое сопротивление определяет что ток уменшится до малых величин, малое сопротивление, наоборот позволяет течь токам больших величин. Сопротивление обозначают R и измеряют в омах (ом.)
Мощность определяет скорость передачи или преобразования электрической энергии. Ее обозначают P и измеряют в ваттах (вт.). Мощность равна произведению значений тока и напряжения.
Закон Ома определяет соотношение между напряжением и током. Он гласит, что сила постоянного электрического тока I в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) U между двумя фиксированными точками этого проводника. Коэффициент пропорциональности называется сопротивлением и измеряется в омах. Один ом — сопротивление проводника, между концами которого при силе тока 1 ампер возникает напряжение 1 вольт.
На диаграмме показаны соотношения этих четырех величин, следующие из закона Ома.
Автомобильные реле: как устроены, как их выбирать и проверять
Машины год от года становятся все умнее – они уже самостоятельно вращают рулем, меняют жесткость подвески, делают водителю массаж пятой точки и многое другое… Однако конечный исполнительный механизм большинства электрических цепей автомобиля, скромная «рабочая лошадка» – это реле, практически не изменившее свою конструкцию аж с 1831 года, когда впервые было изобретено… Что обычному автовладельцу полезно знать о реле?
Как устроено и применяется реле
К ак известно, габариты и мощность выключателя, коммутирующего мощную нагрузку, должны этой нагрузке соответствовать. Нельзя включить такие серьезные потребители тока в автомобиле, как, скажем, вентилятор радиатора или обогрев стекла крошечной кнопочкой – её контакты просто сгорят от одного-двух нажатий. Соответственно, кнопка должна быть крупной, мощной, тугой, с четкой фиксацией положений on/off. К ней должны подходить длинные толстые провода, рассчитанные на полный ток нагрузки.
Но в современном автомобиле с его изящным дизайном интерьера места таким кнопкам нет, да и толстые провода с дорогостоящей медью стараются применять экономно. Поэтому в качестве дистанционного силового коммутатора чаще всего применяется реле – оно устанавливается рядом с нагрузкой или в релейном боксе, а управляем мы им с помощью крошечной маломощной кнопочки с подведенными к ней тоненькими проводками, дизайн которой легко вписать в салон современной машины.
Внутри простейшего типичного реле располагается электромагнит, на который подается слабый управляющий сигнал, а уже подвижное коромысло, которое притягивает к себе сработавший электромагнит, в свою очередь замыкает два силовых контакта, которые и включают мощную электрическую цепь.
В автомобилях чаще всего используются два типа реле: с парой замыкающих контактов и с тройкой переключающих. В последнем при срабатывании реле один контакт замыкается на общий, а второй в это время отключается от него. Существуют, конечно же, и более сложные реле, с несколькими группами контактов в одном корпусе – замыкающими, размыкающими, переключающими. Но встречаются они существенно реже.
Обратите внимание, что на нижеприведенной картинке у реле с переключающей контактной тройкой рабочие контакты пронумерованы. Пара контактов 1 и 2 называется «нормально замкнутые». Пара 2 и 3 – «нормально разомкнутые». Состоянием «нормально» считается состояние, когда на обмотку реле НЕ подано напряжение.
Наиболее распространенные универсальные автомобильные реле и их контактные выводы со стандартным расположением ножек для установки в блок предохранителей или в выносную колодку выглядят так:
Герметичное реле из комплекта нештатного ксенона выглядит иначе. Залитый компаундом корпус позволяет ему надежно работать при установке вблизи фар, где водяной и грязевой туман проникают под капот через решетку радиатора. Цоколевка выводов – нестандартная, поэтому реле комплектуется собственным разъемом.
Для коммутации больших токов, в десятки и сотни ампер, используют реле иной конструкции, нежели описанные выше. Технически суть неизменна – обмотка примагничивает к себе подвижный сердечник, который замыкает контакты, но контакты имеют значительную площадь, крепление проводов – под болт от М6 и толще, обмотка – повышенной мощности. Конструктивно эти реле сходны со втягивающим реле стартера. Применяются они на грузовых машинах в качестве выключателей массы и пусковых реле того же стартера, на разной спецтехнике для включения особо мощных потребителей. Нештатно их используют для аварийной коммутации джиперских лебедок, создания систем пневмоподвески, в качестве главного реле системы самодельных электромобилей и т.п.
К слову, само слово «реле» переводится с французского как «перепряжка лошадей», и появился сей термин в эпоху развития первых телеграфных линий связи. Малая мощность гальванических батарей того времени не позволяла передавать точки и тире на дальние расстояния – все электричество «гасло» на длинных проводах, и доходившие до корреспондента остатки тока были неспособны шевельнуть головку печатающего аппарата. В результате линии связи стали делать «с пересадочными станциями» – на промежуточном пункте ослабевшим током активировали не печатающий аппарат, а слабенькое реле, которое уже, в свою очередь, открывало путь току из свежей батареи – и далее, и далее…
Что нужно знать о работе реле?
Напряжение, которое обозначено на корпусе реле, – это усредненное оптимальное напряжение. На автомобильных реле пропечатано «12V», но срабатывают они и при напряжении 10 вольт, сработают и при 7-8 вольтах. Аналогично и 14,5-14,8 вольт, до которых поднимается напряжение в бортсети при запущенном двигателе, им не вредит. Так что 12 вольт – это условный номинал. Хотя реле от 24-вольтовой грузовой машины в 12-вольтовой сети не заработает – тут уж разница слишком велика…
Второй главный параметр реле после рабочего напряжения обмотки – максимальный ток, который может пропустить через себя контактная группа без перегрева и пригорания. Указывается он обычно на корпусе – в амперах. В принципе, контакты всех автомобильных реле достаточно мощные, «слабаков» тут не водится. Даже самое миниатюрное коммутирует 15-20 ампер, реле стандартных размеров – 20-40 ампер. Если ток указывается двойной (например, 30/40 А), то это означает кратковременный и долговременный режимы. Собственно, запас по току никогда не мешает – но это касается в основном какого-то нештатного электрооборудования автомобиля, подключаемого самостоятельно.
Выводы автомобильных реле маркируются в соответствии с международным электротехническим стандартом для автопрома. Два вывода обмотки пронумерованы цифрами «85» и «86». Выводы контактной «двойки» или «тройки» (замыкающие или переключающие) обозначаются как «30», «87» и «87а».
Впрочем, гарантии маркировка, увы, не дает. Российские производители порой маркируют нормально замкнутый контакт как «88», а иностранные – как «87а». Неожиданные вариации стандартной нумерации встречаются и у безымянных «брендов», и у компаний уровня Bosch. А иногда контакты и вовсе маркируются цифрами от 1 до 5. Так что если тип контактов не подписан на корпусе, что нередко случается, лучше всего проверить распиновку неизвестного реле при помощи тестера и источника питания 12 вольт – подробнее об этом ниже.
Контактные выводы реле, к которым подключается электропроводка, могут быть «ножевого» типа (для установки реле в разъем колодки), а также под винтовую клемму (обычно у особо мощных реле или реле устаревших типов). Контакты бывают «белыми» или «желтыми». Желтые и красные – латунь и медь, матовые белые – луженая медь или латунь, блестящие белые – сталь, покрытая никелем. Луженые латунь и медь не окисляются, но голая латунь и медь – лучше, хотя и склонны темнеть, ухудшая контакт. Никелированная сталь также не окисляется, но сопротивление её высоковато. Неплохо, когда силовые выводы – медные, а выводы обмотки – никелированные стальные.
Чтобы реле сработало, на его обмотку подается питающее напряжение. Полярность его – безразлична для реле. Плюс на «85» и минус на «86», или наоборот – без разницы. Один контакт обмотки реле, как правило, постоянно подсоединен к плюсу или минусу, а на второй приходит управляющее напряжение с кнопки или какого-либо электронного модуля.
В прежние годы чаще использовалось постоянное подключение реле к минусу и плюсовой управляющий сигнал, сейчас более распространен обратный вариант. Хотя это не догма – бывает по-всякому, в том числе и в рамках одного автомобиля. Единственный вариант исключения из правил – реле, в котором параллельно обмотке подключен диод – тут уже полярность важна.
Если напряжение на обмотку реле подает не кнопка, а электронный модуль (штатный или нештатный – например, охранное оборудование), то при отключении обмотка дает индуктивный всплеск напряжения, который способен повредить управляющую электронику. Чтобы погасить всплеск, параллельно обмотке реле включается защитный диод.
Как правило, внутри электронных узлов эти диоды уже есть, но иногда (в особенности в случае различного допоборудования) требуется реле со встроенным внутри диодом (в этом случае его символ маркирован на корпусе), а изредка применяется выносная колодка с диодом, припаянным со стороны проводов. И если вы устанавливаете какое-то нештатное электрооборудование, нуждающееся, согласно инструкции, в таком реле, требуется строго соблюдать полярность при подключении обмотки.
Обмотка реле потребляет мощность около 2-2,5 ватт, из-за чего его корпус во время работы может достаточно сильно греться – это не криминально. Но нагрев допускается у обмотки, а не у контактов. Перегрев же контактов для реле губителен: они обугливаются, разрушаются и деформируются. Такое случается чаще всего в неудачных экземплярах реле российского и китайского производства, у которых плоскости контактов порой не параллельны друг другу, контактная поверхность из-за перекоса недостаточна, и при работе идет точечный токовый разогрев.
Реле не выходит из строя мгновенно, но рано или поздно перестает включать нагрузку, или наоборот – контакты привариваются друг к другу, и реле перестает размыкаться. К сожалению, выявить и предупредить такую проблему не совсем реально.
Проверка реле
При ремонте неисправное реле обычно временно подменяют исправным, а затем заменяют на аналогичное, и дело с концом. Однако мало ли какие задачи могут возникнуть, к примеру, при установке дополнительного оборудования. А значит, полезно будет знать элементарный алгоритм проверки реле с целью диагностики или уточнения цоколевки – вдруг попалось нестандартное? Для этого нам понадобятся источник питания с напряжением 12 вольт (блок питания или два провода от аккумулятора) и тестер, включенный в режиме измерения сопротивления.
Предположим, что у нас реле с 4 выводами – то есть, с парой нормально разомкнутых контактов, работающих на замыкание (реле с переключающей контактной «тройкой», проверяется аналогичным образом). Сперва касаемся щупами тестера поочередно всех пар контактов. В нашем случае это 6 комбинаций (изображение условное, чисто для понимания).
На одной из комбинаций выводов омметр должен показать сопротивление около 80 ом – это обмотка, запомним или пометим её контакты (у автомобильных 12-вольтовых реле наиболее распространенных типоразмеров это сопротивление бывает в диапазоне от 70 до 120 ом). Подадим на обмотку напряжение 12 вольт от блока питания или АКБ – реле должно отчетливо щелкнуть.
Соответственно, два других вывода должны показывать бесконечное сопротивление – это наши нормально разомкнутые рабочие контакты. Подключаем к ним тестер в режиме прозвонки, а на обмотку одновременно подаем 12 вольт. Реле щелкнуло, тестер запищал – все в порядке, реле работает.
Если же вдруг на рабочих выводах прибор показывает замыкание даже без подачи напряжения на обмотку, значит, нам попалось редкое реле с НОРМАЛЬНО ЗАМКНУТЫМИ контактами (размыкающимися при подаче напряжения на обмотку), либо, что более вероятно, контакты от перегрузки оплавились и сварились, замкнувшись накоротко. В последнем случае реле отправляется в утиль.
sixbisix
Good moto practice
В начале 2018 года захотелось подключить к мотоциклу различные электронные устройства не предусмотренные конструкцией: usb разъемы, регистратор и т.д. Да не просто подключить, а чтобы они включались по повороту ключа. Кажется, купи рэлюху герметичную, проводки подходящие и вот оно счастье!
Обремененный с детства занудной дотошностью решил, что нужно все от влаги загерметизировать. В связи с этим вопрос возник, где купить разъемы герметичные на рэлюху. С этим вопросом Мотозануда обратился в Моторушечку откуда и был послан уважаемым 
poorclown в нужном направлении (ссылка), за что премного благодарен, т.к. благодаря доброму совету и подробному разъяснению не пришлось тратиться на дорогостоящий ремонт мотоцикла.
Обзор литературы и Интернет
Зараза самоиндукция
Если подключить управляющие контакты электромагнитного реле к полупроводниковым схемам мотоцикла и запустить эту адскую машину, то закончится это может плачевно для мотоцикла. Оказалось, что все дело в заразе – самоиндукции.
Как немного несведущий эксперт в области электроники для себя этот процесс осознал как возникновение обратного тока при резком отключении источника питания от контактов электромагнита реле. При этом этот самый ток хотя и дохленький, но напряжения высокого, которое может превышать исходное в несколько раз (есть слухи, что 220 В не предел). Именно это высокое напряжение может повредить нежные полупроводниковые схемы современного мотоцикла.
Процесс, в принципе, не сложный и на мой взгляд доходчиво описан тут,тут (стр. 11) и много где еще.
Способы предохранения
Существует четыре способа борьбы с вредной самоиндукцией.
Первый – не использовать электромагнитные реле. Недостатком является лишь то, что коммутировать большие токи становится сложнее, дороже и горячее. Сюда же относим каскад из твердотельного реле и электромеханического. Рассматривать варианты эти не будем, как выходящие за рамки обсуждаемой темы.
Второй – понижать напряжение на управляющих контактах электромагнитного реле постепенно. Например, сбросить с 12 В до 2 В. В этом случае реле отключится, но паразитной самоиндукции не будет. Подобную схему можно реализовать на мотоциклах BMW, если подключить управляющие контакты к разъему питания навигатора, на котором, после выключения зажигания еще подается около 2 В в течение нескольких минут.
Третий – с помощью диода (flyback diode). Преимущества такого способа заключается в том, что он полностью устраняет самоиндукцию (ссылка – стр. 200). Недостатки способа: дороже резистора; требует соблюдения полярности при подключении управляющих контактов реле; менее надежен по сравнению с резистором; снижает скорость работы реле и может сокращать срок его службы (ссылка).
Подробнее об этом способе можно почитать тут или тут.
В связи с особой опасностью самоиндукции в некоторых случаях методы борьбы комбинируют.
Хотя в статье и описаны все возможные методы, и даже приведены результаты замеров, но всё же стало интересно насколько резистор хуже диода и так ли диод хорош.
После непродолжительного изучения средств измерения пиастры были обменяны на горстку реле и осциллограф.
Измерительный прибор и измеряемые объекты
Исходные параметры. Напряжение на управляющих контактах 13.2 В.
Подача напряжение происходит путем контакт питающего провода к одному из контактов реле. Второй провод на контакте реле закреплен жестко.
Первый замер
Реле 75.3777-10 без каких либо средств предохранения.
Тут все плохо. При размыкании контактов напряжение колеблется от 112 В до 101 В и через 1.57 мс приходит к заветному нулю.
Второй замер
Реле 75.3777-10 без каких либо средств предохранения, но одетое на колодку в которую встроен защитный диод.
Третий замер
Реле 75.3777-10 без диодов и резисторов. Выключение путем понижения напряжения. Отключение реле происходило на 3 В. Включалось на 7В.
При плавном снижении напряжения самоиндукции не наблюдается, но реле отключается. Такого же эффекта можно достигнуть если оставлять опорное напряжение на управляющих контактах ниже напряжения отключения.
Четвертый замер
Третье реле 61.36-8 373 700/01 (BMW) с защитой в виде резистора.
Пятный замер
Реле 71.3747-011 – защита в виде резистора. Интерес заключался в том, насколько отечественное отличается от BMW.
В итоге имеем 22.8 В до 62.4 В, а искомый ноль через 7.3 мс.
Шестой замер
Пятое реле неизвестного производства «BOSCH» с защитой в виде светодиода и резистора и купленное на авторынке по ключевому слову: мне нужно реле с диодом. Реле успешно работало в двух режимах: светодиод горит и светодиод не горит.
Седьмой замер
Реле неизвестного производства «BOSCH» (описание реле см. Шестой замер).
Обсуждение результатов
Идеальным способом устранения самоиндукции, является постепенное снижение напряжения на управляющих контактах.
Тем не менее, принимая во внимание, что кратковременные импульсы менее 100В полупроводники переносят без повреждений, можно считать, что и диод и резистор являются адекватными средствами защиты электрических схем, содержащих полупроводники.
Выводы
1. Устранить полностью ток, вызванный самоиндукцией можно только постепенным снижением напряжения.
2. Диоды лучше устраняют ток самоиндукции, по сравнению с резисторами, но не устраняют его до конца.
3. Не все диоды одинаково полезны.
4. Отечественное реле «безопаснее» реле «BOSCH» неизвестного производства.