Preliminary Experiment Drive Latching Relay

โครงงานนี้เป็นการทดลองใช้งานแล็ตชิ่งรีเลย์ (Latching Relay) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบหนึ่ง โดยนิยมใช้งานเฉพาะทางเช่น ในกลุ่มด้านอิเล็กทรอนิกส์อุตสาหกรรม (Electronic industrial) และอิเล็กทรอนิกส์กำลัง (Power electronic) เป็นต้น และในกลุ่มอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปจะคุ้นเคยรีเลย์แบบปกติหรือโซลิดสเตตรีเลย์มากกว่า ทั้งนี้จุดเด่นของแล็ตชิ่งรีเลย์คือเมื่อเราสั่งการทำงานในสถานะใดสถานะหนึ่งไปแล้ววงจรขับจะใช้กระแสการทำงานน้อยมาก (กระแสไฟฟ้าส่วนใหญ่จะไปเลี้ยงเฉพาะวงจรควบคุมเท่านั้น) ในณะที่รีเลย์ทั่วไปวงจรขับจะต้องจ่ายไฟเลี้ยงให้กับรีเลย์และวงจรควบคุมตลอดเวลาและทำให้เกิดพลังงานสูญเสียมากกว่า แต่จุดด้อยของการขับแล็ตชิ่งรีเลย์ก็มีเช่นกันคือ การออกแบบวงขับที่ใช้อุปกรณ์มากกว่าและซับซ้อนขึ้นนั้นเอง สำหรับในโครงงานนนี้จะนำเสนอวงจรสำหรับแล็ตชิ่งขับรีเลย์อย่างง่ายเพื่อเป็นไอเดียและแนวทางให้ผู้อ่านนำไปใช้งานต่างๆ ต่อไป

1 POLE – 8A Polarized Latching Type [Picrure by Ref.1]

รูปที่ 1 และรูปที่ 2 แสดงตัวอย่างของแล็ตชิ่งรีเลย์ของบริษัท Fujitsu รุ่น JSL Series ที่สามารถจ่ายกระแสโหลดได้ที่ 8A และโครงสร้างภายในจะมีให้เลือกใช้งานแบบ 1 coil (รูปที่ 2 ซ้ายมือ) และแบบ 2 coil (รูปที่ 2 ขวามือ) รวมทั้งค่าแรงดันใช้งาน เช่น 3V,5V,12V และ 24V ตามที่ผู้ออกแบบเลือกใช้งาน

Datasheet for 120A Latching Relay FTR-K4 Series

ในรูปที่ 3 และรูปที่ 4 เป็นแล็ตชิ่งรีเลย์แบบที่ 2 สำหรับใช้ในการทดลองครั้งนี้ โดยสามารถจ่ายกระแสโหลดได้ถึง 120A แบบ 1 Coil ทำงานที่แรงดัน 12V ซึ่งโครงสร้างภายในแล็ตชิ่งรีเลย์ จะคล้ายกับรีเลย์ทั่วไป แต่กลไกสำหรับควบคุมหน้าคอนแท็กจะต่างออกไปบ้างเล็กน้อย

รูปที่ 5 แสดงแนวความคิดของการขับแล็ตชิ่งรีเลย์แบบ 1 Coil โดยจะต้องออกแบบวงจรสลับการจ่ายไฟเลี้ยงให้กับคอยล์ขดลวดภายในรีเลย์ (สังเกตการต่อแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงทั้ง 2 รูป) ซึ่งสามารถจ่ายเป็นสัญญาณพัลซ์ช่วงเวลาสั้นๆ และช่วงเวลาของการจ่ายสัญญาณพัลซ์จะต้องพิจารณาตามสเปก (ดูในดาต้าชีต) ของแล็ตชิ่งรีเลย์นั้นๆ อย่างเหมาะสม

ในรูปที่ 6 ถึงรูปที่ 8 เตรียมอุปกรณ์สำหรับทดลองโครงงาน การประกอบวงจรขับแล็ตชิ่งรีเลย์และลักษณะของวงจรต้นแบบที่ประกอบเสร็จเรียบร้อย จากนั้นจะทำการทดลองวงจรอีกครั้ง

ในรูปที่ 9 ถึงรูปที่ 11 แสดงการทดลองวงจรการทำงานวงจรขับแล็ตชิ่งรีเลย์ การใช้แอลอีดีแสดงสถานะเมื่อแล็ตชิ่งรีเลย์ยังไม่นำกระแส (OFF) และนำกระแส (ON) เพื่อให้เข้าใจสถานะการทำของแล็ตชิ่งรีเลย์ได้อย่างถูกต้อง

ในการใช้งานแล็ตชิ่งรีเลย์เป็นอุปกรณ์อีกตัวหนึ่งที่น่าใช้งานมาก ซึ่งช่วยให้เราประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้มาก แต่อาจจะต้องใช้เวลาในการออกแบบวงจรขับเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ทั้งนี้จากการทดลองที่ผ่านมาในช่วงวงจรส่งสัญญาณขับเข้ามายังทรานซิสเตอร์ Q5 และ Q6 จะเป็นลักษณะของพัลซ์ที่นานพอให้แล็ตชิ่งรีเลย์เปลี่ยนสถานะ (ON/OFF) ซึ่งอาจจะใช้กระแสมากในช่วงเวลาแรกแล้วก็จะลด ในกรณีที่เราต้องการลดกระแสในช่วงแรกตามที่กล่าว ผู้อ่านสามารถใช้วงจรขับแล็ตชิ่งรีเลย์แบบฟูลบริดจ์ (Full Bridge Drive) แทนจะช่วยให้ลดกระแสลงได้มากเลยทีเดียว

Reference

1. https://usermanual.wiki/Fujitsu/ftrk4.2282815413/view
2. https://www.fujitsu.com/sg/imagesgig5/jsl.pdf
3. https://th.mouser.com/datasheet/2/164/jsl-21161.pdf
4. https://www.ivy-metering.com/single-phase-latching-relays/261.html
5. https://daycounter.com/Circuits/Latching-Relay-Driver-Circuit/
6. https://www.edn.com/dual-coil-relay-driver-uses-only-two-mosfets/
7. https://electronics.stackexchange.com/questions/261629/latching-relay-driver
8. https://www.thebackshed.com/forum/ViewTopic.php?TID=7402
9. https://electronics.stackexchange.com/questions/87649/what-is-the-most-economical-way-to-drive-an-array-of-single-coil-latching-relays
10. https://forum.arduino.cc/t/single-coil-bistable-latching-relay/349420