Тест драйв реле или о диодах и резисторах

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!

Тестовый парк

Однако счастье оказалось достижимо не так быстро.

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 в нужном направлении (ссылка), за что премного благодарен, т.к. благодаря доброму совету и подробному разъяснению не пришлось тратиться на дорогостоящий ремонт мотоцикла.

Профилактика — лучшее лекарство! А поэтому решил немного позанудничать на тему – почему рэлюхи могут быть опасны и чем от этого предохраняться.

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.

Четвертый – с помощью резистора (bleeding resistor). Устраняет все недостатки диода, но не может полностью устранить самоиндукцию, хотя снижает ее существенно вплоть до безопасного уровня. Правда существует мнение, что если параметры резистора рассчитаны верно, то он не менее эффективен, чем диод (ссылка — кстати отличная статья по теме защиты от самоиндукции, но на английском).

В связи с особой опасностью самоиндукции в некоторых случаях методы борьбы комбинируют.

Практика

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.

Реле 75.3777-10

Тут все плохо. При размыкании контактов напряжение колеблется от 112 В до 101 В и через 1.57 мс приходит к заветному нулю.

Напряжение самоиндукции реле 75.3777-10

Второй замер
Реле 75.3777-10 без каких либо средств предохранения, но одетое на колодку в которую встроен защитный диод.

Колодка с защитным диодом

При подключении диода все становится намного лучше. Кратковременный скачок до — 12.4 В и мы наблюдаем изолинию.

Напряжение самоиндукции реле 75.3777-10 с защитным диодом на колодке.

Третий замер
Реле 75.3777-10 без диодов и резисторов. Выключение путем понижения напряжения. Отключение реле происходило на 3 В. Включалось на 7В.

Отсутствие самоиндукции на управляющих контактах реле 75.3777-10 при плавном снижении напряжения.

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.

Реле 61.36-8 373 700/01
Реле 61.36-8 373 700/01

При размыкании контактов происходит колебания напряжения от 28.4 В до -95 В и через 5.5 мс напряжение отсутствует.

Напряжение самоиндукции реле 61.36-8 373 700/01.

Пятный замер
Реле 71.3747-011 – защита в виде резистора. Интерес заключался в том, насколько отечественное отличается от BMW.

Реле 71.3747-011

В итоге имеем 22.8 В до 62.4 В, а искомый ноль через 7.3 мс.

Напряжение самоиндукции реле 71.3747-011.

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.

Реле неизвестного производителя «BOSCH»
Реле неизвестного производителя «BOSCH»

В первом режиме (при подаче напряжения на управляющие контакты светодиод горит) – напряжение скакнуло от 110 В до — 336 В и стабилизоровалось на нуле через 498 мкс.

Напряжение самоиндукции реле неизвестного производителя «BOSCH» в режиме — диод включен.

Седьмой замер
Реле неизвестного производства «BOSCH» (описание реле см. Шестой замер).

Во втором режиме (при подаче напряжения на управляющие контакты светодиод не горит) — напряжение скакнуло 72В до -246 В, а заветный ноль был достигнут через 498 мкс.

Напряжение самоиндукции реле неизвестного производителя «BOSCH» в режиме — диод выключен.

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.

Обращает на себя внимание длительность самоиндукции — минимальная у диода, потом у фирменных реле с резистором (не более 8 мс) и почти 500 мкс (почти в 60 раз) у реле «BOSCH» неизвестного производителя. При этом у реле «BOSCH» неизвестного производителя также наблюдается напряжение, вызванное самоиндукцией, более 100В, что в совокупности с длительностью импульса скорее всего приведет к выходу из стороя электроных блоков.

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.