transistor NPN para conmutar el relé electromagnético

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Tengo que encender un relé basado en una señal, y para este propósito, estoy usando un transistor NPN (BC-639G) en una configuración de colector abierto, donde la señal de conmutación se aplica a la base usando una corriente adecuada limitando la resistencia, y la bobina del relé se asienta entre el colector y la fuente de alimentación. La frecuencia de la señal de conmutación es aleatoria y es muy muy baja.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Estamos observando que este transistor está fallando muy a menudo. La corriente de carga completa de la bobina del relé es de solo 30 mA, y el transistor tiene una capacidad nominal de 1A. No hemos podido identificar la causa de esta falla aparente. Un diseño anterior usaba el dispositivo MJE802G (NPN Darlington 4A), y este tipo de falla no se observó en ese momento.

Necesito comentarios de expertos sobre esto para llegar al fondo de esto. Todos los punteros son bienvenidos.

Actualice desde comentario a un answer el 8 de septiembre de 2017:

  

Olvidé colocar el diodo en el esquema, pero hay un diodo 1N4007 en ese lugar para permitir que la bobina del relé gire libremente cuando el transistor se apaga. El fallo (C-E corto o C-E abierto) es a pesar del diodo anterior.

    
pregunta Vishal

3 respuestas

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Añadir un diodo de retorno. Cuando el relé se apaga, la bobina actúa como un inductor que crea un pico de voltaje.

Agregar un diodo permitirá que la bobina disipe la energía almacenada en otra cosa que no sea el transistor.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
respondido por el ratchet freak
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Simplemente agregue el diodo Fly Back al relé y el circuito funciona perfectamente. NB Siempre verifique la asignación de pines para el transistor, ya que algunos fabricantes pueden confundirlo.

    
respondido por el Waheed Atef
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Además de los comentarios de @RatchetFreak, recomiendo cambiar la red de rebote RC del botón pulsador como se muestra a continuación en la hoja de datos de Fairchild Semi para el BC639 utiliza una beta de saturación de \ $ \ beta_ {sat} = 10 \ $, así que eso es lo que usaré en mis cálculos. Si la corriente de saturación del colector del Q1 es \ $ I_ {C (sat)} = 30 \, mA \ $, entonces la corriente base del Q1 debería ser \ $ I_ {B (sat)} \ approx3 \, mA \ $ (nb \ $ I_ {B (sat)} = I_ {C (sat)} / \ beta_ {sat} \ $) para asegurar que Q1 se sature. Mirando de nuevo la hoja de datos del BC639, \ $ V_ {BE (sat)} \ approx 0.7V \; @ I_ {C (sat)} = 30 \, mA \ $. Resolviendo el valor del resistor base R4 en mi Figura 1:

$$ R4 = \ frac {V1-V_ {BE (sat)}} {I_ {B (sat)}} = \ frac {15 \, V-0.7 \, V} {3 \, mA} = 4.77 \, k \ Omega \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; \; (1) $$

Elija R4 = 4.7k 5% o 4.75k 1% con una potencia nominal de 1 / 8W o superior.

Los valores para el circuito de rebote del conmutador R3 y C1 deben seleccionarse para adaptarse a su conmutador particular. Puede obtener experimentalmente datos de rebote de contacto para su conmutador utilizando una resistencia, una fuente de alimentación de CC y un osciloscopio digital (consulte la Figura 2). [HIHT: configure el sistema de disparo del osciloscopio para el modo NORMAL o el modo de captura SINGLE para capturar la señal de rebote de contacto de disparo único que aparece en la resistencia cuando activa los contactos del interruptor.]

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Figura 1.

simular este circuito

Figura 2.

=== EDITAR 2018-01-06 ===

  

@JimFischer: Su respuesta me ha iluminado al hecho de que, en el   Circuito original, un capacitor está directamente conectado a la base. Asi que   cuando se retira la alimentación principal, este condensador intentará   Descarga a través de la unión base-emisor del transistor. No hay   mecanismo limitador de corriente allí (excepto la resistencia interna de   la unión base-emisor). Esta es probablemente la razón principal por la cual   Los transistores están fallando. El camino actual desde un almacenamiento de energía.   dispositivo a la base del transistor, debe ser a través de una limitación de corriente   resistencia !!! - Vishal

Tal vez. En su figura original, si el valor del capacitor es pequeño, entonces probablemente no haya suficiente energía almacenada en el capacitor para dañar la unión de la base del emisor del transistor cuando el capacitor se descarga en la base del transistor. Su figura indica el valor de C1 como 22 μF, que es bastante grande; por lo tanto, en este caso, podría tener razón: la cantidad de energía almacenada en C1 podría ser suficiente para sobrecargar la ruta del emisor de base de Q1, y eso está causando, o está contribuyendo a, el fallo de Q1. Si la prueba de Q1 después de que falle indica que el diodo del emisor de base está fallando en circuito abierto o cortocircuito, entonces el volcado de energía desde el condensador C1 directamente a través de la ruta del emisor de base de Q1 probablemente esté causando este modo de falla.

Dicho esto, también debe asegurarse de incluir un diodo en la bobina del relé (consulte la respuesta de @ ratchet_freak a su pregunta) para administrar el "golpe" de voltaje inductivo que se produce cuando Q1 se apaga, después de lo cual el flujo magnético almacenado en la bobina del relé se colapsa rápidamente, lo que provoca un impulso de voltaje masivo y momentáneo a través de la bobina (y, por lo tanto, a través de la trayectoria del colector-emisor de Q1) que puede ser de cientos de voltios en magnitud. Esa patada inductiva, sin un diodo amortiguador en su lugar, puede exceder en gran medida la calificación máxima absoluta del transistor Q1 para el voltaje del colector-emisor \ $ V_ {CEO} \ $, dañando así el Q1. Con un diodo de protección instalado, Q1 debe soportar un voltaje de colector-emisor de \ $ V_ {CE} = V1 + V_ {D1} \ $. (nb Un diodo que se usa para suprimir el golpe inductivo de la bobina recibe varios nombres: diodo amortiguador, diodo de retorno, diodo de retroceso, etc. Estos nombres se refieren a la función que realiza el diodo (su propósito en el circuito) , y no a un tipo especial de dispositivo de diodo.)

    
respondido por el Jim Fischer

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