Ana içeriğe geç

B107AA-R6 Start Rölesi

Revizyon Bilgisi

Bu teknik doküman B107AA R6 için hazırlanmış olup yeni yapılacak olan tasarımlara kaynak niteliğindedir.

START rölesi​

B107AA R6 Start Rölesi Sürücü Devresi

Bu sayfa, B107AA üzerindeki START rölesi (RL1) sürücü devresinin çalışma mantığını, mertebe hesaplarını ve R6 için komponent seçim kararlarını dokümante eder. Bu röle; sahadaki motor kumanda panosu içindeki START butonunun işlevini B107 üzerinden gerçekleştirmek için kullanılır (buton kontakları ile aynı iki nokta arasına bağlanan kuru kontak emülasyonu).

Saha entegrasyonu: START butonu emülasyonu​

Sahada amaç; panodaki START butonuna basıldığında oluşan kontağı, B107AA üzerinden kontrollü şekilde üretmektir.

  • B107AA üzerindeki START_A / START_B uçları, panodaki START butonunun iki ucuna paralel bağlanır.
  • B107AA rölesi çektiğinde, START butonuna “basılmış” gibi olur (momentary).
  • Firmware tarafında START tetiklemesi kısa pulse olarak uygulanmalıdır (örn. 200–500ms). Sürekli çekili kalması, panel tasarımına bağlı olarak istenmeyen davranışlar doğurabilir.

Not: Bu yöntem, kontrol devresinin AC/DC olması veya polaritesi gibi detaylardan bağımsız çalışabilmesi için mekanik röle (gerçek kuru kontak) yaklaşımını tercih eder.

Genel bakış​

Şematikte RL1 = Omron G5Q‑14 DC5 (SPDT, 10A sınıfı) rölesi, Q1 = BC847A NPN transistor ile low‑side sürülür. Röle bobini için kullanılan 5V hattı, R6 güç mimarisinde ayrı bir hat olarak iyileştirilmiştir (brown‑out ve GSM burst kaynaklı düşümlerden daha az etkilenmesi hedeflenmiştir):

  • Röle bobininin bir ucu +5V’a, diğer ucu Q1 kolektörüne bağlıdır.
  • Q1 iletime geçtiğinde bobin akımı GND’ye akar ve röle çeker.
  • Bobinin endüktif enerjisi, kesimde D11 üzerinden dolaştırılarak geri‑EMF bastırılır (clamp).

Not: RL1 kontak tarafı sahada kontaktör bobini gibi indüktif yükleri sürüyorsa, kontak arkı/EMI için bastırma elemanları (snubber/MOV/TVS) saha standardı ile belirlenmelidir.

Elektriksel parametreler (mertebe / datasheet)​

Aşağıdaki değerler, RL1 seçilen röle varyantı için tipik mertebeyi verir.

ParametreDeğerNot
Bobin nominal gerilim5VDCRL1 = G5Q‑14 DC5
Bobin direnci~63Ω23°C tipik
Bobin akımı~80mA5V/63Ω ≈ 79.4mA
Bobin güç~400mW5V·80mA
Must‑operate gerilimi~3.75VÜretimde datasheet ile doğrula

Bu parametreler, sürücü tasarımında iki noktayı belirler:

  1. Sürücünün röle bobinine mümkün olduğunca yüksek efektif gerilim bırakması (satürasyon kaybını düşük tutma).
  2. MCU pininin sağlayacağı baz akımı ile Q1’in güvenli satürasyona girebilmesi.

Çalışma mantığı​

  • MCU SIGNAL_START_RELAY hattını HIGH yaptığında, R32 (680Ω) üzerinden Q1 bazına akım akar ve Q1 satürasyona yaklaşarak bobini GND’ye çeker.
  • Röle bobini enerjilenir ve START_A / START_B kontağı durum değiştirir.
  • MCU LOW yaptığında Q1 kesime gider, bobin enerjisi kesilir. Bobinin endüktif enerjisi D11 üzerinden dolaşır.

Boyutlandırma / mertebe hesapları​

Bobin akımı​

Seçilen röle için bobin akımı mertebe olarak:

ICOIL≈VCOILRCOIL≈5V63 Ω≈79.4 mAI_{COIL} \approx \dfrac{V_{COIL}}{R_{COIL}} \approx \dfrac{5V}{63\,\Omega} \approx 79.4\,mA

Q1 satürasyonda iken bobin üzerinde VCE(sat) kadar kayıp oluşur. Örnek olarak VCE(sat)≈0.2VV_{CE(sat)}\approx 0.2V kabul edilirse:

VCOIL,eff≈5.0V−0.2V=4.8VV_{COIL,eff} \approx 5.0V - 0.2V = 4.8V

ICOIL≈4.8/63≈76 mAI_{COIL} \approx 4.8/63 \approx 76\,mA

Bu değer, “must‑operate” eşiğine (≈3.75V) göre güvenli bir marj bırakır.

Baz akımı​

RB=680ΩR_{B}=680Ω

IB≈VMCU−VBE(sat)RBI_B \approx \dfrac{V_{MCU}-V_{BE(sat)}}{R_{B}}

VMCU=3.3VV_{MCU}=3.3V, VBE(sat)≈0.7–0.8VV_{BE(sat)}\approx 0.7\text{–}0.8V kabul edilirse:

IB≈(3.3−0.8)/680≈3.7 mAI_B \approx (3.3-0.8)/680 \approx 3.7\,mA

Zorlanmış kazanç​

βforced≈ICIB≈80mA3.7mA≈22\beta_{forced} \approx \dfrac{I_C}{I_B} \approx \dfrac{80mA}{3.7mA} \approx 22

Bu forced‑beta, röleyi çektirmek için çoğu senaryoda yeterlidir; ancak yüksek sıcaklık / düşük 5V gibi uç durumlarda satürasyon marjını artırmak için forced‑beta’yı 10–20 bandına çekmek daha güvenlidir.

Bu nedenle R6 perspektifinde iki opsiyon tanımlanır:

  • Seçilen (R6 standardı): R32 = 680Ω ((I_B\approx 3.7mA)) → satürasyon marjı belirgin artar
  • Opsiyon (daha agresif): R32 = 560Ω ((I_B\approx 4.5mA)) veya 470Ω ((I_B\approx 5.3mA)) → çok düşük 5V / sıcaklık uçlarında ek marj

Not: Eğer sahada “röle bazen çekmiyor / sıcaklıkta kaçırıyor” gibi gözlem olursa, ilk iyileştirme adımı R32’yi 560Ω/470Ω bandına çekmek ve Q1’in VCE(sat)V_{CE(sat)} değerini ölçerek doğrulamaktır.

Transistör kaybı​

PQ1≈VCE(sat)⋅ICP_{Q1} \approx V_{CE(sat)}\cdot I_C

VCE(sat)≈0.2VV_{CE(sat)}\approx 0.2V, IC≈80mAI_C\approx 80mA için:

PQ1≈0.2⋅0.08≈16mWP_{Q1} \approx 0.2\cdot 0.08 \approx 16mW

Bu kayıp, SOT‑23 paket için güvenli mertebededir.

Mühendislik gerekçesi​

  • R34 (47k) pull‑down: MCU reset/boot sırasında pin tri‑state kalırsa Q1’in bazını LOW’a çeker, rölenin istemsiz çekmesini azaltır.
  • C35 (33pF) + R32: Baz hattında çok hızlı parazitleri bastırır. Zaman sabiti τ≈R⋅C≈680 Ω⋅33pF≈22ns\tau\approx R\cdot C\approx 680\,\Omega\cdot 33pF\approx 22ns olduğundan röle sürüşünü pratikte yavaşlatmaz, ama EMI/spike dayanımını iyileştirir.

Flyback diyotu seçimi​

Flyback’in amacı, bobin kesildiğinde oluşan endüktif gerilimi güvenli bir seviyede sınırlamaktır.

  • Seçenek 1 (genel): 1N4148WS / 1N4148W (küçük bobinlerde yaygın)
  • Seçenek 2 (daha robust): SS14 / 1N5819 sınıfı Schottky

Tasarım notu:

  • Schottky diyot, daha düşük clamp gerilimi nedeniyle röle bırakma süresini bir miktar uzatabilir (bobin daha yumuşak söner). Eğer bırakma süresi kritik değilse sahada dayanım açısından avantaj sağlar.
  • Bırakma süresi kritik hale gelirse; diyot + zener/TVS gibi daha yüksek clamp’li çözümler ayrıca değerlendirilir.

Yerleşim doğrulama notları​

Röle devresinde arıza/EMI sorunlarının büyük kısmı yerleşimden gelir:

  • D11 diyotu bobine çok yakın konumlandırılmalı (enerji dolaşım halkası küçük olmalı).
  • Bobin akım yolu (5V → bobin → Q1 → GND) kalın iz ve mümkünse ayrı dönüş ile taşınmalı; dijital GND dönüşleriyle aynı dar boğazı paylaşmamalı.
  • Röle kontak tarafı “saha hattı” ise, kontak izleri ile düşük gerilim dijital bölge arasında creepage/clearance korunmalı; gerekiyorsa slot/keepout uygulanmalı.

Röle yerine alternatif aktif çözümler​

Bu uygulamada rölenin görevi; panodaki START butonunun iki ucu arasında gerçek kuru kontak oluşturmaktır. Bu yüzden “röle yerine triac/SSR kullanalım mı?” sorusunda en kritik kriter: sıfıra yakın kaçak akım, AC/DC uyumluluk ve buton emülasyonu kabiliyetidir.

Triac / optotriac neden uygun değil?​

  • Triac temelde AC yük anahtarlama elemanıdır; DC’de kilitlenebilir veya düzgün bırakamayabilir.
  • Kapalıyken kaçak akım ve dv/dt tetiklenmesi olabilir. Buton emülasyonunda bu kaçak, bazı panolarda “ghost” davranışlara yol açabilir.
  • START butonu devresi her sahada aynı değil (AC/DC, polarite, seri/parallel elemanlar). Triac çözümü saha varyasyonlarına daha hassastır.

FotoMOS / SSR (yüksek taraf) alternatif olabilir mi?​

  • FotoMOS (Photo‑relay) sınıfı elemanlar, röleye benzer şekilde iki uç arasında anahtarlama yapar ve mekanik parça içermez.
  • Artıları: sessiz, çok yüksek çevrim ömrü, EMI açısından daha yumuşak.
  • Eksileri: genelde daha pahalıdır, R_ON (on‑resistance) mekanik röle kadar düşük olmayabilir ve kapalıyken mikroamp mertebesi kaçak görülebilir.

Sonuç​

B107AA-R6’nın saha hedefi; farklı pano tiplerinde sorunsuz çalışmak olduğundan, START/STOP buton emülasyonunda mekanik röle şu an en düşük riskli ve en evrensel çözümdür.

Aktif çözümler ancak şu durumda anlam kazanır:

  • Çok yüksek anahtarlama çevrimi (ör. dakikada onlarca) gerekiyorsa,
  • Sessizlik / mekanik ömür kritik ise,
  • Saha pano standardı net ve tek tip ise (AC/DC ve kaçak toleransı biliniyorsa).

Komponent seçimi ve alternatifler​

FonksiyonSeçilenAlternatifler
RöleOmron G5Q‑14 DC5Hongfa HF46F‑5V, Songle SRD‑05VDC‑SL‑C
Sürücü transistörüBC847A (SOT‑23)BC817‑40, MMBT2222A, küçük NMOS (AO3400A)
Flyback diyot(BOM’a göre)1N4148W/WS, SS14/1N5819
Baz direnci680Ω560Ω / 470Ω
Pull‑down47kΩ100kΩ
EMI kapasitörü33pF22–47pF

Tahmini maliyet analizi​

Aşağıdaki maliyetler tahmini olup tedarikçi/adet/stok durumuna göre değişir.

KalemAdetPrototip (1–10)Pilot (100)Seri (1k+)
G5Q‑14 DC51$1.70$1.35$1.20
BC847A1$0.03$0.02$0.015
Flyback diode1$0.02$0.012$0.008
680Ω (1%)1$0.002$0.001$0.0006
47k (1%)1$0.002$0.001$0.0006
33pF1$0.003$0.002$0.001
TOPLAM$1.76$1.39$1.23