Los SSR son útiles, pero écheles otro vistazo a los relés electromecánicos modernos

Está comenzando a calcular los bloques del sistema de su proyecto más reciente que implica, entre otros requisitos, que un voltaje de CC de bajo nivel active o desactive algunas guías de alimentación. No hay problema: usted toma nota del voltaje de señal de control y del control de la corriente junto con las especificaciones de la carga que se debe activar (de nuevo, el voltaje y la corriente), y elige un relé de estado sólido (SSR) adecuado.

Sin embargo, pronto se complican las cosas. La misma señal de CC de bajo nivel debe apagar una línea de CA y encender otra simultáneamente, y además necesita activar una línea de 48 VCC. La cantidad de SSR en el BOM está creciendo, y se vuelve difícil asegurar un control sólido para todos ellos.

Luego, una persona mayor se acerca y le dice: "Probablemente nunca lo haya considerado, pero tal vez un solo relé electromecánico (EMR) pueda resolver todos sus problemas al mismo tiempo". Tiene razón, nunca lo ha considerado, pero un EMR suena muy... desactualizado o, directamente, arcaico.

Piénselo de nuevo. A pesar de las numerosas virtudes conocidas e impresionantes de los SSR (no es necesario repetirlas aquí), se siguen vendiendo decenas de millones de EMR todos los años. Mientras que algunos son requeridos como reemplazo, una gran parte se utiliza para diseños completamente nuevos.

¿Por qué un diseñador elegiría un dispositivo electromagnético (teniendo en cuenta toda la "carga" que supuestamente implica) cuando existe un equivalente de estado sólido y a un costo comparable? El motivo es el siguiente: si bien el EMR es funcionalmente parecido en el sentido más amplio, tiene muchas características y virtudes únicas en comparación con el SSR.

Al igual que el SSR, la bobina de relé y sus contactos están eléctricamente (galvánicamente) aislados uno del otro por una vía de resistencia de múltiples megaohmios, pero el EMR puede hacer muchas cosas que el SSR no puede hacer. Entre algunas de las características especiales del EMR se incluyen las siguientes:

  • El contacto de relé forma un cierre de interruptor básico, y la corriente que lo atraviesa puede ser CA o CC, independientemente del control de la bobina; la resistencia del contacto se encuentra en el rango de los miliohmios, lo que significa que la caída de voltaje en los contactos se encuentra muy cerca del cero, mientras que la resistencia del contacto abierto se encuentra en un entrehierro y, por lo tanto, se ubica en el rango de los múltiples megaohmios.
  • El EMR es un dispositivo completamente pasivo y no contiene componentes activos, como un LED o un fototransistor. Esto es relevante para la fortaleza y la confiabilidad. Es eléctrica y mecánicamente resistente (debido en parte a su masa mecánica y térmica), y resiste picos, transitorios e interferencias electromagnéticas (EMI) que podría activar momentáneamente o incluso dañar un SSR. La mayoría de los EMR están clasificados para millones de ciclos de operación, mientras que el relé de láminas magnéticas sellado (un tipo de EMR) tiene una clasificación de decenas de millones.
  • A pesar del marco de metal de la mayoría de los relés, ni la bobina ni el cierre de los contactos están conectados a tierra o conectados al circuito común, por lo que el relé puede colocarse en cualquier parte en un circuito. Es posible que eso sea difícil debido a la naturaleza activa del SSR con algunas topologías de circuitos.
  • Mientras que los contactos del relé básico están normalmente abiertos (NO) cuando no tienen energía, existen relés estándar con contactos que están normalmente cerrados (NC) cuando no tienen energía, y muchos que tienen ambos, utilizando una pareja de contactos NO/NC combinada.
  • El relé puede ser un dispositivo multipolo, con más de una pareja de contacto NO o NC. Hay tres, cuatro o incluso más contactos NO y NC independientes disponibles, siendo DPDT el más común (Figura 1). Estos contactos múltiples, que son incluso más flexibles, no tienen que llevar el mismo tipo y clasificación de cargas, lo cual es otro beneficio; algunos contactos pueden estar clasificados para señales de bajo nivel, mientras que otros pueden ser para alimentación.

Figura 1: Se muestran algunas de las numerosas configuraciones de contacto disponibles para el EMR (y algunas se aplican al SSR también), en las designaciones estándar de la industria. (Fuente de la imagen: Wikipedia).

Por ejemplo, el AGQ200A4HX de Panasonic Electric Works es un EMR de montaje en superficie de una placa de CI. Si bien está diseñado para aplicaciones de telecomunicaciones, no hay razón por la que no pueda utilizarse en otras. Sus contactos DPDT (designados como distribución de 2 Forma C, según la terminología de la industria) se clasifican, de manera independiente, como 2 amperios (A) y 125 voltios de CA o 110 voltios de CC, mientras que la bobina requiere solo 4.5 voltios de CC a 31 miliamperios (mA) (Figura 2).

Figura 2: El relé AGQ200A4HX SMT de Panasonic es un ejemplo típico de relé de entrada de CC de bajo voltaje con contactos DPDT, cada uno de los cuales puede cambiar 125 voltios de CA o 110 voltios de CC a 2 A. La misma unidad puede manejar ambas cargas, CA y CC, simultáneamente. (Fuente de la imagen: Panasonic Electric Works).

  • Los relés pueden diseñarse para corrientes de bobina tan bajas como 10 o 20 mA, o tan altas como decenas de amperios, con contactos clasificados para manejar tan solo unas pocas decenas de mA y pocos voltios hasta alcanzar varios rangos de magnitud mayores para ambos parámetros.
  • Los contactos de EMR son "agnósticos" a las señales, y siempre y cuando se mantengan dentro de las clasificaciones máximas de corriente y voltaje, sin importar si es una señal de potencia, de datos o una mezcla en varios contactos. Además, la carga no tiene que ser conocida ni estar bien definida, solo tiene que estar dentro de los límites de diseño. Esto es útil en los casos en que la carga tenga características inciertas o difíciles de controlar.
  • El modo de fallas más frecuente de un EMR es, por lejos, que la bobina no se energice y, por lo tanto, un contacto NO falla "abierto" y un contacto NC falla "cerrado". Es posible que determinar cuál se prefiere o se necesita sea un riesgo de seguridad en la aplicación. En cambio, los SSR suelen fallar con un cortocircuito en la salida, que puede no ser aceptable.
  • Hay EMR estándares disponibles y se los denomina relés "de enclavamiento", que mantienen su posición de contacto con energía incluso si la potencia de la bobina se elimina o falla (una bobina y una señal separadas los desbloquea). Esta es una característica útil en algunas situaciones, y algo fundamental en algunas relacionadas con la seguridad.
  • Es muy fácil solucionar los problemas de este relé: solo se necesita un ohmímetro para medir la continuidad de la bobina sin potencia y la resistencia de CC, y una fuente de alimentación de CA o CC simple para energizar la bobina.
  • Por último, y este factor es personal para algunos diseñadores, el EMR hace un "clic" visceralmente gratificante cuando el relé se conecta o se desconecta. A algunos ingenieros (incluido yo) les encanta escuchar el "clic, clic, clic", y hasta lo usan para monitorear la actividad del sistema.

Entonces, la próxima vez que se encuentre con un desafío ante un SSR, no suponga que necesita más SSR o un SSR diferente. Las versiones modernas del respetable relé electromecánico (que ha estado circulando durante 150 años y ahora está altamente redefinido y modernizado) podrían, de hecho, ser el componente que resuelva sus problemas, con las ventajas y desventajas más aceptables.

Acerca de este autor

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Bill Schweber es un ingeniero electrónico que ha escrito tres libros sobre sistemas de comunicaciones electrónicas, así como cientos de artículos técnicos, columnas de opinión y características del producto. Anteriormente, se desempeñó como administrador técnico de sitios web para diferentes sitios de temas específicos de EE Times, así como editor ejecutivo y editor analógico en EDN.

En Analog Devices, Inc. (un proveedor líder de circuitos integrados analógicos y de señales mixtas), Bill trabajó en comunicaciones de mercadeo (relaciones públicas); como consecuencia, ha estado en ambos lados de la función técnica de relaciones públicas, ha presentado productos, historias y mensajes de la compañía a los medios y también ha sido destinatario de estos.

Antes de ocupar el puesto de MarCom en Analog, Bill fue editor asociado de su respetada revista técnica y también trabajó en sus grupos de mercadeo de productos e ingeniería de aplicaciones. Antes de dichas funciones, Bill trabajó en Instron Corp., donde realizaba prácticas de diseño analógico y de circuitos de alimentación e integración de sistemas para los controles de máquinas de prueba de materiales.

Tiene una maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica (MSEE) (Universidad de Massachusetts) y una licenciatura en Ingeniería Eléctrica (BSEE) (Universidad de Columbia), es un ingeniero profesional registrado y posee una licencia de radio para aficionados de clase avanzada. Además, Bill planificó, escribió y presentó cursos en línea sobre una variedad de temas de ingeniería, incluidos los conceptos básicos de MOSFET, la selección de ADC y los LED de conducción.

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