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Módulos de relés y Opto acopladores

Relés, optoacopladores y modulos de relés

Objetivos

 

 

    • Gestionando los relés.
    • Seguridad y opto acopladores.
    • Circuitos típicos de control.
    • Oferta comercial.

 

 

Material requerido.

Imagen de Arduino UNO

Arduino Uno o similar. Esta sesión acepta cualquier otro modelo de Arduino.

conjunto de reles

Un modulo de 2 relés, 4 relés u 8 relés.

conexiones

Unos cables Dupont macho-hembra

 

Más sobre los relés

 

En la última sesión hablamos de como calcular un relé y de porque son interesantes para muchos circuitos. Y la cuestión que surge en muchas ocasiones es ¿Relé o transistor? ¿Cómo decidirse por uno u otro?

La decisión no suele ser complicada, porque normalmente el transistor es ideal si queremos velocidad rápida de conmutación, pero baja intensidad.

 
  • Ya dijimos que un transistor del tipo 2N222 va de maravilla hasta 0,5 Amperios. Es rápido y barato, y si necesitamos más el transistor Darlington TIP 120 puede llegar hasta los 5 Amperios.
  • Podríamos hablar de otros, pero si pasáis de aquí es buen momento para considera un relé   

El relé brilla, cuando la velocidad de conmutación no es importante pero prima una intensidad de corriente alta circulando. Pero hay una cuestión que hasta no hemos abordado que necesita consideración: La seguridad.

Cuando se plantean intensidades ya de unos pocos amperios, tanto con transistores como con relés, hay que considerar siempre la seguridad del circuito, el aislamiento eléctrico y la posibilidad de averías o errores que den un disgusto al operador.

Recordad que los accionadores se usan como interruptores y que por eso surgen consideración de rapidez e intensidad de flujo eléctrico, pero la seguridad debe siempre estar en vuestras plegarias porque más vale que se diga aquí corrió un cobarde que no aquí murió un valiente.

Garantizar el aislamiento eléctrico entre el circuito de mando, nuestros Arduinos en este caso y el circuito de potencia externo, nuestro motor o estufa, tiene que ser una prioridad y estar siempre presente, porque el mundo real no se parece en nada al de Walt Disney y existen averías, errores de uso y defectos de fabricación, que si no se previenen adecuadamente pueden daros un disgusto.

Por todo ello suelen haber medidas de seguridad adicionales que nos garantizan que incluso con un relé ambos circuitos, el de mando y el de potencia están debidamente aislado. Y uno muy frecuente son los opto acopladores, que ya mencionamos como de pasada en alguna sesión previa y que os vais a encontrar con bastante frecuencia en este mundo.

Por eso, nos toca hablar de ellos.

 

Los opto acopladores

 

 

Según la Wikipedia un opto acoplador es:

 
  • Un opto acoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónica, normalmente en forma de fototransistor o fototriac.   

La idea es garantizar el aislamiento eléctrico entre dos circuitos mientras se mantiene un nexo de unión que podamos usar como un interruptor. Y la industria, siempre tan dispuesta a vendernos que haga falta, encontró una solución ideal. Fijaros en este circuito:

Esquema de circuito

Cuando cerramos el interruptor S1, la corriente circula por el primer circuito haciendo iluminarse el LED D1, lo que permite la conducción del segundo circuito, porque se activa el fototransistor Q1.

En la práctica, tenemos un interruptor que se activa por luz, y que aísla adecuadamente ambos circuitos, porque no existe ninguna conexión eléctrica entre ellos, sino óptica, por lo que no hay forma posible en que ambos circuitos se encuentren eléctricamente.

En la práctica el aislamiento entre ambos puede ser de varios miles de MΩ y por eso se utilizan incluso en alta tensión.

Se puede hablar mucho de los opto acopladores, dependiendo de sus tipos y demás pero aquí nos limitaremos a mencionar alguno para corriente continua y baja intensidad como corresponde a Arduinos bien educados y por eso mencionaremos solamente un ejemplo práctico: El 817c.

El opto acoplador 817c es diodo LED acoplado con un fototransistor, en un encapsulado DIP de 4 pines que garantiza el aislamiento entre ambos circuitos hasta los 5.000Voltios RMS (Así que ya sabéis, nada de jugar con miles de voltios por si acaso) capaz de conmutar en unos 4 µ segundos .

 
  • Opto acoplador en ingles se dice Opto coupler.
  • Encapsulado DIP (Dual In Pin) significa el formato típico que conocéis de integrados con patitas que podéis usar con una protoboard   

Su circuito interno es típico de estos componentes, y si buscáis su data sheet en Internet, os enseñará algo como esto:

producto comercial medidas y pines

Estos opto acopladores  están muy extendidos porque son seguros baratos y fiables y además hay muchos fabricantes que los ofrecen en sus catálogos por lo que son muy fáciles de conseguir.

 

Comprando un relé opto acoplado

 

 

Bueno ya podemos volver al tema de nuestro relé. ¿Cómo queda un circuito completo con relé, opto acoplador, y demás? Pues más o menos en su forma más simple, algo así:

Diagrama electronico

En este circuito podéis ver que nuestro opto acoplador controla la excitación de la bobina del relé, y también podéis apreciar que no es fácil establecer un circuito eléctrico entre ambos mundos, por mucho que lo intentemos (incluso si aplicamos un tratamiento de persuasión con un martillo de buen tamaño)

El aislamiento esta garantizado todos los efectos prácticos, pero aquí volvemos de nuevo a un problema típico que consiste en que para manejar un interruptor estamos usando un relé, un opto acoplador, una resistencia y un diodo de descarga y aún no hemos incluido un LED para saber si el relé está activo.

En la práctica, los circuitos que se usan comercialmente se parecen más a algo como esto otro, que he sacado de uno de los habituales en la tienda:

esquema electronico

Y todo esto supone un pequeño circuito, que aunque simple, nos fuerza a montar una protoboard con sus cablecitos y rezar para que no se suelte ninguno o a diseñar y fabricar una pequeña PCB (Printed Circuit Board o tarjeta de circuito impreso)

Y si muchos de los que conozco no quieren saber nada de soldar los componentes a la placa, no te digo nada de hacerte la tarjeta PCB (Algo de lo que tendremos que hablar en algún momento). Por eso mi recomendación vuelve a ser que os lo compréis hecho, que la vida es muy corta para perderla haciendo tonterías que ya nos venden montadas.

El mercado nos provee con estos circuitos montados en distintos tamaños y cantidades. Por ejemplo, podemos encontrar tiras de relés de varias unidades por muy poco dinero que nos resolverán la papeleta sin complicarnos la vida, que es lo que nos gusta.

En paquetes de 8 relés:

conjunto de 8

Aquí podéis ver un caso típico de un bloque de 8 relés de 10 Amperios y 220 VAC, que tenemos en la tienda Prometec, en el que podéis apreciar los opto acopladores en la línea inferior. Fijaros también en el detalle de los pines inferiores que corresponden a los 8 relés más GND y 5V de control.

Este tipo de relés está pensado para ser controlado mediante los 5V de nuestro Arduino o similares, y conmutar el encendido apagado de cualquier sistema eléctrico de un cierto consumo, con los 10 Amperios podríamos gobernar aquella estufa que hablábamos en el capítulo anterior, y viene con taladros para montarlo en un armario eléctrico.

Si 8 relés os resultan excesivos para vuestro proyecto, y os gustaría un número más reducido, no hay problema. Encontramos este tipo de módulos también en formatos e 4 unidades:

conjunto de reles

Y ya puestos, no podían faltar módulos de 2 y de uno naturalmente:

imagen principal
Sencillo

La forma de manejarlos es igual para todos, Disponen de una tira de pines que se emplea para controlar cada uno de los relés, más un par de pines con positivo y negativo que alimenta la parte interna, o de control, de los opto acopladores.

Pin out

Y además fijaros en que solemos tener un jumper, que podemos mover.

Y aquí para que no sea fácil hay más de una posibilidad dependiendo del fabricante del módulo relé. Típicamente en algunos modelos suelen estar rotulados H y L, y eso significa que podemos seleccionar si el relé se activa en lógica positiva con HIGH, que suele ser lo normal, o por el contrario se usa con lógica negativa y es activo cuando le damos un LOW.

En realidad es bastante parecido a un modo de invertir si el contacto es normalmente abierto o cerrado, pero en más de un caso puede ser cómodo.

Pero existen muchos otros modelos, incluyendo los que tenemos en la tienda Prometec, en los que el jumper realiza otra función un poco más sutil y que tiene que ver con el aislamiento galvánico estricto entre el circuito de control y el circuito de potencia.

Este tipo suele tener rotuladas un par de opciones: JD-Vcc o bien VCC GND y por defecto suelen venir en la posición JD-Vcc. Fijaros en este circuito, y en particular en el jumper:

Esquema del circuito

Si mantenemos el jumper en la posición por defecto JD-Vcc, lo que hacemos es permitir que nuestra alimentación de digamos 5V, se use para alimentar no solo el circuito de control del opto acoplador sino también la del circuito de control del relé, a la salida del opto acoplador.

Algo muy cómodo, ya que el relé se excita directamente con mi señal, pero que tiene un nivel de seguridad menor que si lo impido, ya que un problema con el relé que causara un cortocircuito, por improbable que sea, podrá trasladarse directamente a mi circuito de control y freírlo (De la vez que menos) porque ambos circuitos del opto acoplador comparten tensión y GND.

Si no conecto ese jumper, entonces hay nivel añadido de seguridad, ya que un corto en el relé encontrará una barrera adicional para propagarse a mi circuito de control, porque ambos circuito están en aislamiento estricto sin compartir nada de nada.

A cambio necesito suministrar otra fuente de alimentación de 5V independiente, para que el relé se excite y por eso el montaje nos permite elegir lo que queremos.

Al final en la vida real siempre hay que hacer un balance entre seguridad y comodidad y os corresponde a vosotros, los que diseñáis el circuito, evaluar pros y contras… y tomar una decisión. A sabiendas de que elegir supone siempre renunciar a algo.

 
  • Atención, si mantengo conectado el jumper entre JD y VCC, lo que hago es cerrar un circuito de alimentación para la segunda fase opto acoplada. Sino deseo esto, basta con quitar el jumper y dar Vcc y GND a través de estos mismos pines, pero no, repito NO, pongáis el jumper conectando Vcc y GND.
  • Es menos grave de lo que parece ya que si ponéis el jumper no usáis los pines para alimentar el circuito, así que no va a tener consecuencias. Lo que tenéis que hacer es quitar el jumper y usar un par de cables para dar tensión a este par de pines ¿De acuerdo?.   

Aquí os dejo un mini video con un ejemplillo del asunto:

 

Resumen de la sesión

 

 

    • Hemos introducido muy por encima el concepto de seguridad en el diseño de un circuito.
    • Presentamos los opto acopladores y comentamos porque se usan.
    • Vimos algunos esquemas habituales en los circuitos de control de reles.
    • Presentamos las ofertas comerciales típicas en el mundo Arduino.