La sicurezza è fondamentale nell'elettronica di consumo. E si sa, senza un circuito stampato (PCB), qualsiasi dispositivo elettronico non funzionerebbe. Pertanto, per controllare la corrente e proteggere i componenti presenti su un circuito stampato, i produttori di PCB utilizzano relè per PCB. Un relè per PCB segue gli andamenti di tensione e corrente per interrompere o stabilire la connessione.
Ora la domanda è: cos'è un relè per circuito stampato? Come può un lettore medio comprenderne i concetti di base? In questo articolo troverete tutto ciò che riguarda i relè per circuito stampato, la loro importanza e le loro tipologie.
Che cosa è un relè PCB?
I circuiti stampati funzionano come dispositivi elettromagnetici per controllare l'alimentazione di corrente. Vengono montati direttamente sui circuiti stampati per regolare la commutazione dei carichi. Di conseguenza, gestiscono i circuiti ad alta tensione tramite un segnale di controllo a bassa potenza.
I relè sono solitamente costruiti con 5 tipi di terminali, inclusi i terminali N/C (normalmente chiusi) e N/O (normalmente aperti). Il produttore fissa i componenti elettromagnetici ai relè PCB lungo il braccio metallico mobile.
Quando il produttore fa passare la corrente su questo braccio metallico, si crea un campo magnetico sulla scheda. Questo permette al braccio di muoversi verso il terminale N/C o verso il terminale N/O. Si tratta di un meccanismo semplice, sebbene in grado di gestire efficacemente la commutazione ad alta tensione.
Eliminano il rischio di picchi di alta tensione nei sistemi di alimentazione. Sono ampiamente utilizzati nei settori industriali che richiedono caratteristiche di lunga durata e prestazioni affidabili. Ad esempio, applicazioni meccaniche, sistemi di alimentazione, automotive e apparecchiature per telecomunicazioni.
Caratteristiche e tipi di relè PCB
L'elettronica di consumo richiede schede elettroniche efficienti per gestire la pressione di tensione. Di conseguenza, i relè per PCB sono tra i componenti più affidabili, contribuendo alla gestione del flusso di corrente.
Caratteristiche dei relè PCB
I relè dei PCB presentano caratteristiche uniche. Ciò può influire sulle prestazioni dei circuiti. I consumatori dovrebbero scegliere i relè migliori valutandone attentamente le caratteristiche.
● Isolamento galvanico
● Dimensioni compatte
● Alta durata
● Cambio veloce
● Basso consumo energetico
● Versatilità
Isolamento galvanico
I relè per PCB offrono funzionalità di isolamento galvanico. È possibile utilizzarli per isolare il circuito elettrico o i componenti in modo che l'alimentazione possa commutare tra bassa e alta tensione. Aiuta a separare la connettività del circuito stampato dal flusso elettrico. Inoltre, riduce il rischio di scosse elettriche e danni. È possibile ottenere misure di sicurezza per il proprio progetto.
Dimensioni compatte
I dispositivi elettronici richiedono componenti compatti per risparmiare spazio prezioso. In questo caso, i relè per PCB eliminano la necessità di spazi aggiuntivi, in quanto si trovano direttamente sulle schede.
Alta durata
L'elevata velocità dell'elettricità in ampie zone di macchinari o altri dispositivi richiede quadri elettrici affidabili. I relè PCB soddisfano i criteri di affidabilità per i consumatori. Gli ingegneri hanno scelto questi relè per aumentare la durata dei loro progetti. Questi relè li aiutano a controllare le sollecitazioni meccaniche e i sistemi di alimentazione critici.
Cambio veloce
Macchinari pesanti e dispositivi elettrici di consumo a volte richiedono una commutazione rapida per una risposta rapida. Questi relè sono una scelta eccellente per soddisfare questi criteri di commutazione ad alta velocità.
Basso consumo energetico
La caratteristica più comune dei relè PCB è che non necessitano di alimentazione supplementare. Come sappiamo, il braccio mobile dei relè non richiede alimentazione quando non sono in funzione.
Versatilità
I relè per PCB svolgono funzioni diverse in molteplici applicazioni. Possono essere impiegati in diversi componenti meccanici, veicoli automobilistici, aeronautici e componenti industriali.
Tipi di relè PCB
Le diverse tipologie di relè per PCB sono facilmente reperibili sul mercato. Funzionano in modo diverso a seconda del progetto.
● Relè elettromeccanici (EMR)
● Relè allo stato solido (SSR)
● Relè Reed
● Relè a ritenuta
● Relè di potenza PCB
Relè elettromeccanici (EMR)
Il relè elettromeccanico è il tipo più comune. Include un elettromagnete e un braccio meccanico metallico. Il produttore fornisce l'alimentatore per produrre i contatti magnetici. Successivamente, l'indotto commuta il flusso di corrente tra i terminali aperti e chiusi. I relè elettromeccanici offrono caratteristiche di affidabilità e durata, contribuendo a sostenere l'elevato carico dei sistemi di alimentazione.
Relè allo stato solido (SSR)
I relè allo stato solido includono semiconduttori per gestire i carichi del circuito anziché spostare i contatti.
Questo relè PCB offre prestazioni di commutazione rapide. Aumenta la longevità dei prodotti offrendo una buona resistenza all'usura meccanica. Tuttavia, a differenza dei relè elettromeccanici (EMR), è costoso.
Relè Reed
I relè reed sono costruiti con una coppia di reed magnetici. Questi reed sono racchiusi in un tubo di vetro. I produttori trasferiscono il flusso di corrente per creare un campo magnetico sulle schede. Quindi, tutti i reed vengono fissati per dirigere il flusso di corrente. Se cercate relè extra sensibili, scegliete i relè reed. Tuttavia, non sono adatti a prodotti con carichi elevati.
Relè a ritenuta
I relè a ritenuta sono un sottotipo di relè elettromeccanici. Vengono comunemente scelti per risparmiare energia perché non richiedono un'alimentazione continua. Utilizzano energia solo per gestire la corrente erogata.
Relè di potenza PCB
I relè di potenza per PCB controllano efficacemente le alte tensioni dei carichi di corrente. Gestiscono le pressioni di carico essenziali nei prodotti per impieghi gravosi. Questi relè sono progettati per sistemi di distribuzione di energia, settori industriali o macchinari pesanti.
Come Do Lavoro sui relè PCB
Il personale dovrebbe conoscere il meccanismo interno e il processo di funzionamento dei relè per PCB. Questo li aiuterà a comprendere l'importanza di questa parte nei circuiti stampati. Contiene la bobina elettromagnetica, un set di terminali e gruppi di indotto. Questi sono costruiti per trasferire la corrente di alimentazione. Consentono alle schede di aprire o chiudere i circuiti.
Meccanismo di lavoro
I relè per PCB sono progettati per funzionare elettricamente a scopo di commutazione. Come accennato in precedenza, controllano il flusso di corrente. Inoltre, la loro funzionalità meccanica prevede diverse fasi:
● Attivazione elettromagnetica
● Creazione del campo magnetico
● Azione di commutazione
● Ritorno allo stato iniziale
Attivazione elettromagnetica
I produttori attivano l'elettromagnete, fornendo la bassa potenza. Questa corrente elettrica alimenta la bobina.
Creazione del campo magnetico
Quando il carico di corrente viene trasferito attraverso la bobina, si crea un campo magnetico. Questo campo attrae l'indotto (braccio metallico) verso il terminale opposto.
Azione di commutazione
Una corrente passante attiva la parte mobile del relè. Questo braccio entra in contatto con il contatto di interruzione (NC) o stabilisce una posizione (NO) per commutare i circuiti stampati.
● NC (normalmente chiuso): in questa posizione, il contatto del relè rimane chiuso per impostazione predefinita. Si attiva trasferendo l'alimentazione al relè.
● NO (normalmente aperto): Questa azione di commutazione rimane aperta finché il relè non viene attivato. I produttori chiudono questo contatto collegando l'alimentazione elettrica.
Ritorno allo stato iniziale
Dopo aver rimosso il segnale di controllo, il braccio mobile del relè torna allo stato iniziale. In questo modo, il flusso di corrente viene interrotto per interrompere il campo magnetico.
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Integrazione con schede a circuito stampato
Gli ingegneri progettano i relè del PCB in modo che si adattino perfettamente come parte integrante delle schede. Migliorano la funzionalità e le prestazioni dei circuiti. Tuttavia, l'integrazione dei relè con l'assemblaggio del circuito stampato include:
● Stile di montaggio
● Connessione elettrica
● Configurazioni personalizzate
Stile di montaggio
È possibile integrare i relè sulla scheda PCB utilizzando due principali metodi di montaggio. Questi metodi sono:
● Montaggio passante (THT)
● Tecnologia a montaggio superficiale (SMT)
Tecnologia a foro passante (THT)
Gli ingegneri inseriscono i pin dei relè in fori preforati sulle schede PCB durante il montaggio passante. Saldano i pin sulle superfici in rame della scheda. Questa è una tecnologia sicura ed efficace, che aiuta a stabilizzare le connessioni meccaniche. Il personale trova questo metodo vantaggioso per le applicazioni più gravose.
Tecnologia a montaggio superficiale (SMT)
Nella tecnologia SMT, i pin dei relè vengono saldati alla superficie delle piastre di rame delle schede PCB. Questa tecnica è adatta per realizzare applicazioni con componenti leggeri e di dimensioni compatte.
Connessione elettrica
L'ingegnere collega i relè ad altre parti delle schede PCB. Questo rende i relè funzionanti. Li collega attraverso le superfici conduttive e le piazzole presenti sui componenti della scheda. Quindi, queste piste creano il percorso del circuito per interagire con i relè e i sensori. Inoltre, creano il contatto tra relè, alimentatori e dispositivi di uscita.
Configurazioni personalizzate
È possibile gestire o collegare i relè PCB sulle schede in base al design delle stesse. Queste configurazioni personalizzate aiutano a controllare i vari dispositivi o componenti della scheda con un unico controllo di potenza. È utile per la creazione di sistemi elettrici complessi.
Considerazioni sulla progettazione dei relè PCB
Per progettare circuiti stampati efficaci, è opportuno considerare alcuni fattori importanti.
Requisiti di progettazione di base
Individuare i requisiti di progettazione didattica dei consumatori. Scegliere i relè che soddisfano facilmente le esigenze senza compromettere la funzionalità del design.
● Valori nominali di tensione e corrente
● Tipo di carico
● Velocità di commutazione
● Vincoli di dimensione
● Consumo di energia
● Fattori ambientali
Valori nominali di tensione e corrente
La tensione e la corrente sono i fattori iniziali da considerare. Una selezione non corretta del carico di tensione può interrompere il flusso di corrente e danneggiare i relè.
Tipo di carico
Il carico può essere di diversi tipi: resistivo, induttivo o capacitivo. Pertanto, una selezione non accurata del carico può comportare prestazioni scadenti. Ad esempio, i carichi per componenti ad alta resistenza richiedono relè con capacità specifiche.
Velocità di commutazione
La velocità di commutazione dei relè può variare a seconda del tipo di applicazione. Alcuni prodotti a basso carico richiedono una velocità semplice. Tuttavia, macchinari pesanti, componenti industriali e componenti ad alto consumo energetico richiedono una commutazione a risposta rapida.
Vincoli di dimensione
Le dimensioni sono un fattore importante nella progettazione dei relè per PCB. Alcuni dispositivi elettrici sono realizzati con relè compatti per ridurre l'ingombro.
Consumo di energia
Non possiamo assemblare i prodotti collegando relè di potenza casuali. Si consiglia sempre di scegliere relè con un consumo energetico inferiore, in modo da eliminare inutili sprechi di energia.
Fattori ambientali
I dispositivi esposti ad ambienti esterni, calore, pressione o umidità necessitano di relè con buoni livelli di sicurezza ambientale.
Suggerimenti e tecniche per il montaggio dei relè PCB
Dopo aver considerato la progettazione, i produttori dovrebbero concentrarsi sulle tecniche di montaggio. Qui forniamo alcuni suggerimenti cruciali che possono migliorare l'affidabilità dei relè:
● Utilizzare l'impronta adeguata
● Gestione termica
● Qualità di saldatura
● Autorizzazione
● Sollecitazioni meccaniche
Utilizzare l'impronta adeguata
Un ingombro corretto può semplificare il montaggio dei relè sui circuiti stampati. Permetterà un fissaggio sicuro dei pin alle piste in rame.
Gestione termica
Il produttore utilizza tecniche di dissipazione del calore per i prodotti sensibili al calore. Può aggiungere dissipatori di calore per evitare la generazione di calore durante il funzionamento dei relè.
Qualità di saldatura
Saldare accuratamente i pin dei relè sulla superficie delle schede. In questo modo, non interrompono la trasmissione di corrente e non compromettono le prestazioni del sistema di alimentazione.
Autorizzazione
Durante il processo di montaggio passante, l'ingegnere deve eliminare i componenti indesiderati per creare stabilità nelle proprietà meccaniche dei relè.
Sollecitazioni meccaniche
Non applicare eccessive sollecitazioni meccaniche durante il montaggio dei pin dei relè. Ciò potrebbe influire sugli altri componenti e danneggiare i relè nel tempo.
Processo di progettazione
Il design dei relè PCB può essere modificato in qualsiasi configurazione. Tuttavia, gli ingegneri dovrebbero considerare diversi elementi di base. Questi elementi sono realizzati con componenti di relè e assecondano le funzionalità dei circuiti.
● Progettazione di circuiti
● Progettazione layout PCB
● Fabbricazione di PCB
● Assemblaggio dei componenti
● Collaudo
● codifica
● Collaudo finale
Progettazione di circuiti
La progettazione del circuito nei relè PCB dipende dal carico di tensione dei prodotti. È preferibile un ingresso di controllo in grado di gestire una tensione specifica. Potrebbe trattarsi di un microcontrollore o di un circuito a tensione variabile.
Adattare la tensione della bobina del relè alla tensione del segnale di controllo. Ricordarsi inoltre di aggiungere elementi di protezione come un diodo flyback o un circuito snubber. Ciò eviterà danni e scosse elettriche.
Progettazione layout PCB
Chiedete ai vostri ingegneri di preparare il layout appropriato del PCB. Il footprint del relè dovrebbe prevedere uno spazio specifico per la saldatura degli elementi. La larghezza delle piste del PCB è sufficiente per gestire senza problemi correnti ad alta tensione.
Inoltre, i layout dei PCB dovrebbero includere barriere isolate. Questi ostacoli separeranno i componenti ad alta tensione da quelli a bassa tensione. Il relè non dovrebbe essere posizionato vicino ai punti di dissipazione del calore e agli elementi sensibili, in modo da non interrompere gli altri componenti.
Fabbricazione di PCB
Collaborare con produttori affidabili per la fabbricazione dei relè PCB. È possibile specificare i requisiti di tolleranza. Questi dovrebbero includere:
● Allineamento degli strati per unire con precisione più strati.
● Lo spessore del rame può aumentare la durata delle applicazioni. Scegliete tra 1 g e 2 g.
● Fornire loro indicazioni sulla larghezza minima delle tracce e sulla spaziatura di tutti i componenti del circuito.
● Grazie alla tecnologia, le dimensioni dell'anello anulare sono importanti.
Assemblaggio dei componenti
Assemblare i relè sul circuito stampato utilizzando il processo di montaggio THT o SMT. La saldatura automatica viene applicata al montaggio passante. Analogamente, la saldatura a rifusione viene utilizzata nella tecnica di montaggio superficiale.
Collaudo
Proseguire con le fasi di test dei circuiti per verificarne la funzionalità. Assicurarsi che tutti i componenti necessari siano collegati alla scheda. Eseguire il test adottando misure di sicurezza.
codifica
Il software è scritto in codice se i relè del PCB sono realizzati con sistemi gestiti da microcontrollore. Controlla le connessioni dei relè ed è posizionato sui pin GPIO del controller.
Collaudo finale
Verificare la funzionalità della scheda per poterla includere in applicazioni consumer. I circuiti stampati devono superare tutti i test, che possono riguardare flusso di corrente, interruttori, usura meccanica, carichi ad alta pressione, ecc.
Applicazioni dei relè PCB
● Sistemi automobilistici
● Automazione Industriale
● Telecomunicazioni
● Power Systems
● Elettronica di consumo
● Dispositivi medicali
● Sistemi di energia rinnovabile
● Sistemi di Sicurezza
● Home Automation
Sistemi automobilistici
I relè PCBS sono utilizzati nei sistemi automobilistici per gestire carichi di corrente da semplici a critici. Tra le loro applicazioni rientrano il controllo dei fari, gli alzacristalli elettrici, i sistemi di accensione e le pompe del carburante.
Automazione Industriale
L'applicazione industriale richiede relè PCB per gestire sistemi complessi. Contribuiscono al controllo di carichi ad alta pressione e garantiscono operazioni precise. Ad esempio, motori, nastri trasportatori e macchinari automatizzati.
Telecomunicazioni
Nei dispositivi di telecomunicazione, i relè trasmettono segnali di comunicazione. Router, modem e sistemi di distribuzione del segnale sono applicazioni comuni. I relè PCB garantiscono un funzionamento impeccabile.
Power Systems
I relè PCB regolano i sistemi di distribuzione e protezione dell'energia nei trasformatori, negli interruttori automatici e in altri dispositivi di controllo dell'energia.
Elettronica di consumo
Nelle lavatrici, nei condizionatori, nei frigoriferi e in tutti gli altri elettrodomestici sono integrati relè PCB. Controllano l'alimentazione e garantiscono la sicurezza di motori, elementi riscaldanti e compressori.
Dispositivi medicali
I dispositivi medici utilizzano relè PCB per garantire prestazioni accurate e la sicurezza del paziente. Apparecchiature diagnostiche, monitor e sistemi di laboratorio automatizzati ne sono un esempio.
Sistemi di energia rinnovabile
I produttori installano relè nei circuiti stampati per controllare i picchi di corrente e proteggere le parti sensibili dei sistemi di energia rinnovabile, come inverter, sistemi di ricarica delle batterie e reti elettriche.
Sistemi di Sicurezza
Questi relè sono ampiamente utilizzati in sistemi di allarme, apparecchiature di sorveglianza, telecamere e serrature. Gestiscono i sistemi applicativi critici.
Home Automation
I relè PCB sono più adatti per commutare potenze da basse ad alte nei dispositivi di domotica. Migliorano il funzionamento automatico di illuminazione, sistemi HVAC ed elettrodomestici.
Conclusione:
Il flusso di tensione, basso o alto, può essere gestito tramite relè per PCB. Questi relè migliorano le prestazioni del prodotto e garantiscono un funzionamento sicuro. Si tratta di una tecnica semplice per commutare la corrente di alimentazione tra NO e NC. Esistono diverse caratteristiche e tipologie di relè per PCB. Scegliete con cura durante la progettazione o la fabbricazione dei vostri relè per PCB.
