Warum werden Relais so häufig von Optokopplern angesteuert?

Seit dem Aufkommen der vielen Mikrocontroller-Entwicklungsplatinen, wie beispielsweise Arduino, wurde eine Reihe von Relaismodulen verkauft, um Netzwechselstromlasten anzutreiben.

Viele davon scheinen einen Optokoppler, einen Treibertransistor und ein Relais zu verwenden, um die Last anzutreiben (Beispiel bei Amazon )

Warum werden sie so implementiert?

Einige meiner Gedanken:

• Relais sind genauso gut oder besser isoliert als die meisten Optokoppler
• Da noch ein Treibertransistor vorhanden ist, ist dies keine Bauteilersparnis
• Es gibt immer noch einen induktiven Rückschlagschutz, so dass keine Komponenten eingespart werden können
• Optokoppler sind nicht so billig wie Transistoren, daher zusätzliche Kosten im Vergleich zu nur einem Treibertransistor
• Es besteht keine Notwendigkeit, gesetzliche Anforderungen zu erfüllen, da es sich um DIY-Produkte handelt
• Ich habe in kommerziellen Geräten noch nie kleine Netzrelais gesehen, die von Optokopplern angetrieben werden
• Einige dieser Platinen scheinen nicht brillant zu sein (ohne Rücksicht auf Luft- oder Kriechstrecken), und selbst wenn der Optokoppler lediglich zwei Isolationsschichten aufweist, versagt die Platine dabei.

Zunächst wird ein möglicherweise dauerhafter Link auf dieses Produkt ist hier . Und der Schaltplan ist hier . (Edit 29.07.2015: Ironischerweise sind meine beiden Links jetzt kaputt und der Amazon-Link von OP ist immer noch nützlich.)

Zwei Gründe, warum es sinnvoll ist, hier Optoisolatoren einzusetzen:

• Das Steuergerät ist möglicherweise sehr weit entfernt, sodass es keinen gemeinsamen Bezug zur Relaiskarte hat (außer wenn es über ein langes Kabel angeschlossen ist). Bei Verwendung des Optoisolators wird das Steuersignal lediglich als Differenzsignal zwischen Vcc und dem Steuersignal verwendet, die beide von der Steuerschaltung stammen. Erdpotentialunterschiede beeinträchtigen den Betrieb nicht.

• Die Spannung der Relaisspule muss nicht unbedingt mit der Vcc des Controllers übereinstimmen. Es könnte sogar durch eine (nicht isolierte) Offline-Versorgung erzeugt werden. Der Optoisolator sorgt dann für die Isolierung zwischen der möglicherweise nicht isolierten JD-VCCVersorgung und den Steuerkreisen.

Wahrscheinlich eine Reihe von Gründen, aber das Wichtigste ist, dass es verhindert, dass transiente Spannungen den Ansteuertransistor beschädigen. Abhängig von der Anwendung wird dadurch verhindert, dass Wechselstromstörungen den Rest des Stromkreises stören.

Sie sprechen einige gute Punkte an. Optokoppler werden jedoch häufig verwendet, um Komponenten von potenziell gefährlichen externen Quellen zu isolieren. Sie sind billig und einfach zu implementieren. Und sie bieten möglicherweise mehr Schutz als eine Diode. Und natürlich, wie Sie betonten:

Einige dieser Platinen scheinen nicht brillant zu sein (ohne Rücksicht auf Luft- oder Kriechstrecken), und selbst wenn der Optokoppler lediglich zwei Isolationsschichten aufweist, versagt die Platine dabei.

Ich vermute, ein großer Teil des Grundes hat mit der Idee zu tun, dass es bei zwei Isolationsbarrieren weiterhin eine Isolationsbarriere gibt, auch wenn eine versehentlich oder absichtlich überbrückt wird. Wenn man mit Schaltkreisen arbeitet, insbesondere wenn man ein Klutz ist, kann man manchmal kurz Dinge kurzschließen, die wirklich nicht kurzgeschlossen werden sollten (z. B. weil sich ein Oszilloskop-Erdungsclip entschließt, sich auf der ganzen Linie zu lösen und zu schleudern). Durch Hinzufügen einer zusätzlichen Isolationsschicht wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass ein solcher Unfall irgendetwas erheblich beschädigt. Die meisten Massenprodukte werden sich nie auf einer Werkbank befinden, geschweige denn auf einer Werkbank eines Klutz, aber viele selbst gebraute Produkte werden viel Zeit auf solchen Werkbänken verbringen. Außerdem werden selbstgebraute Bretter häufig ohne Lötmaske hergestellt.

Zusätzlich zum Schutz vor versehentlicher Überbrückung kann es bei zwei vollständigen Isolationsbarrieren möglich sein (wenn eine vorsichtig ist), eine zu überbrücken, während eine Diagnose unter Einbeziehung der anderen durchgeführt wird, während eine Isolationsbarriere zwischen den beiden Hauptteilen des Systems aufrechterhalten wird. Wenn man zum Beispiel die Zeitspanne zwischen der Einstellung eines Ausgangs durch den Prozessor und dem Empfang eines Solenoids durch den Prozessor bestimmen möchte, kann man damit beginnen, zu bestätigen, dass die Relaisspulenmasse und die kontaktseitige Masse isoliert sind und die Relaismasse und die CPU überbrücken Masse und Messen der Zeit zwischen dem CPU-Ausgang und der Relaisspule. Man könnte dann die Relaisspulenmasse und die CPU-Masse isolieren und - nachdem man überprüft hat, ob sie wirklich isoliert sind, Überbrücken Sie die Relaisspulenmasse und die kontaktseitige Masse und messen Sie den zeitlichen Abstand zwischen der Spule und den Dingen, die sie steuern. Die Durchführung solcher Messungen in einem System mit nur einer Isolation würde wahrscheinlich ein Oszilloskop mit zwei voneinander isolierten Sonden erfordern. Solche Anlagen gibt es, aber sie sind im Allgemeinen teuer.

Tatsächlich bieten Relais eine eher schlechte AC-Isolation für eine SEHR rauschbehaftete Störungsquelle - eine mechanische Kontaktschaltung, die eine Last schaltet, die zwangsläufig mehr oder weniger induktiv ist und häufig eine Netzspannung von dv / dt aufweist, die Hunderte von Volt pro Sekunde betragen kann Mikrosekunde.

Günstige kleine Relais sind normalerweise besonders schlecht, und wenn sie besser sind, wird das Relais teurer, größer und weniger effizient.

Besonders anfällig sind Schaltungen mit mehreren Ein- und Ausgängen.

Bei ordnungsgemäßer Verwendung kann ein Opto dazu beitragen, Störungen durch Spulenkontaktkopplung in den Schaltkreisen zu vermeiden.

In diesem Forum der Trauer um diese Quelle mangelt es nicht an Beispielen (Relais plus zufällige Rückstellungen, wenn beispielsweise Lasten geschaltet werden) und an zahlreichen Beispielen für gute robuste Geräte und Industriedesigns, bei denen Optos in Verbindung mit Relais verwendet werden.

Ein sehr guter Grund ist, getrennte Netzteile für die Logik und die Stromschnittstellenteile zu haben. Der Logikteil wird im normalen Design mit 5 V oder 3,3 V betrieben und ist galvanisch vom Leistungsteil getrennt, wo die häufigste Versorgung 24 V beträgt. Daher ist ein Optokoppler erforderlich.

Es ist wahr, dass es vermieden werden kann, ein Relais mit einer Spule zu verwenden, die für 5 V ausgelegt ist, aber viele Relais sind mit diesen Spulen nicht verfügbar, und es wäre notwendig, eine viel höhere Leistung auf der 5 V-Seite mit einem größeren DC / DC-Wandler zu haben .

Es ist üblicher, die ungeregelte Feldversorgung (12 V oder 24 V) für den Automobil- oder Industriebereich (Relais benötigen keine sehr genaue Spannung) und einen kleinen galvanisch getrennten DC / DC-Wandler zu verwenden, um die 5 V / 3,3 V nur für den Logikabschnitt abzuleiten sind also die isolierten Koppler notwendig.

Ich vermute, dass dies nur ein Fall von Hobbyisten ist, die versuchen, ein Geschäft für den Verkauf von Leiterplatten aufzubauen. Sie können ihr Board komplizieren, um es komplizierter erscheinen zu lassen, da Komplikationen die Existenz von Elektronik rechtfertigen und einen Mehrwert zu schaffen scheinen.

Ich bin sicher , wenn Sie den Verkäufer kontaktieren, werden sie eine überzeugende Geschichte haben , dass ihre Schaltung ist , wie es ist zu tun, und sie haben sie fertige, die einfachste Sache ist, nur ihr Board zu kaufen.

Alles, was Sie benötigen, um eine Wechselstromlast mit einer geringen Spannung und einem geringen Strom zu steuern, befindet sich in einer einzigen Komponente: einem Halbleiterrelais wie diesem .

Jede Karte, die 20 mA in eine LED treiben kann, kann dies verwenden, was bedeutet, dass Sie keine spezielle Karte benötigen.

Der wichtigste Grund ist, dass die Spule im Relais eine ziemlich komplexe Last im Stromkreis ist. Wie wir wissen, ist eine Diode erforderlich, um den Stromkreis vor dem Rückstrom zu schützen, der von der Spule beim Ausschalten des Relais induziert wird. Irgendwann reicht diese Methode für ein schlecht konfiguriertes Netzteil nicht mehr aus, wie es die meisten DIY-Module tun. Regler bekommen oft einen Impuls oder werden sogar vom Relais abgefeuert. Ich denke, wenn die Stromversorgung robust genug ist, ist der optische Isolator nicht erforderlich.

Wenn Sie das meiste Mal ein Relais A verwenden, möchten Sie die digitale Masse (GND) und Masse (VDD) des MCU von den Relais (GND) und Masse (VCC) trennen. Dann erhalten Sie sehr saubere Leitungen für die Masse (GND) und Masse (VDD) des MCU.

Wenn ein Relais EMS, einen hohen Spannungsabgriff und einen - NO - Flyback - Dioden - und Fernsehschutz zurückgibt. Der Transistor innerhalb des Optokopplers wird von der Relaisseite zerstört, so dass die Haupt-Neueinstellung die vollständige Trennung von Haupt- und Stromleitungen ist.

Wenn das Relais für Wechselstrom verwendet wird, kann es EMV von GND, VCC an die Stromkreise abgeben, sodass der Optokoppler das meiste davon löst