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dispositivos A Evolução dos Relés Existem componentes que aparecem, realizam suas funções por um certo tempo, e depois desaparecem, sendo substituídos por componentes equivalentes completamente diferentes. No caso do relé, isso não ocorreu. Os relés apenas mudaram de tecnologia, passando da versão eletromecânica para a de estado sólido, mas sua função básica permanece a mesma até hoje. Veja, neste artigo, como ele evoluiu e como seus tipos tomaram formas diferentes, segundo as aplicações. Newton C. Braga saiba mais Uso de Relés em Robótica e Mecatrônica Mecatrônica Fácil 48 Relés Eletrônicos Multiuso Mecatrônica Fácil 41 46 Mecatrônica Atual :: Maio/Junho 2010 Para muitos o relé é considerado um componente superado, mas isso não é verdade. A função básica de se controlar um circuito a partir de um sinal, através de uma chave controlada por tensão ou corrente, ainda é necessária numa infinidade de aplicações. É claro que o relé na sua forma tradicional pode, em muitos casos, ser substituído por versões de estado sólido, porém isso não é uma regra. O importante é lembrar que, apesar de tudo, ele ainda é um componente indispensável. É por esse motivo que, preocupados com isso, os fabricantes desses componentes vêm se aperfeiçoando, criando componentes cada vez mais eficientes, quer sejam eletromecânicos, quer sejam de estado sólido. Os Tipos Hoje em dia podemos contar basicamente com dois tipos de relés. O primeiro deles é o relé eletromecânico tradicional, formado por uma bobina onde é aplicado o sinal de controle e um conjunto de contatos que controla o circuito externo, conforme ilustra a figura 1. Esse tipo de relé tem a vantagem de poder isolar completamente o circuito de controle do circuito controlado, e além disso dirigir correntes nos dois sentidos, ou ainda realizar funções complexas de comutação. A desvantagem está na velocidade de operação (lenta), ruídos e arcos produzidos ao se acionar os contatos e confiabilidade (baixa), pois trata-se de um sistema eletromecânico. Evidentemente, muitos relés eletromecânicos que ainda são usados possuem projetos elaborados que melhoram muito seu desempenho em relação aos tipos antigos. O uso de ímãs em conjunto com a bobina de modo a polarizar o circuito magnético, aumentando assim a sensibilidade e a velocidade de resposta, é um exemplo dos recursos que encontramos em relés eletromecânicos modernos. O segundo tipo de relé é o Photo MOS, formado basicamente por um LED emissor de infravermelho e um sistema fotossensor que controla um ou mais transistores de efeito de campo de potência (Power MOS), conforme mostra a figura 2. A principal vantagem deste tipo de relé é que ele não possui partes móveis e, portanto, é silencioso e muito mais confiável. A desvantagem é que os dispositivos semicondutores utilizados no controle nem sempre apresentam uma resistência suficientemente baixa para o sinal, como seria desejado. O que o leitor deve lembrar, entretanto, é que existem aplicações em que os relés eletromecânicos ainda são mais vantajosos que os relés de estado sólido mais modernos. De qualquer maneira, ao analisar esses componentes, podemos colocá-los numa ordem tal em que percebamos a evolução que vem ocorrendo ao longo do tempo. Antes de passarmos a uma análise da evolução dos relés será interessante colocarmos numa tabela as características comparadas dos dois tipos (tabela 1).
Vantagens Relés de Estado Sólido Confiabilidade na comutação Vida útil longa Muito sensível - aciona com baixas correntes Frequência de comutação elevada Operação silenciosa Não apresenta arcos na comutação Resistência a quedas e impactos T1. Comparação de características. Relés de Estado Sólido com TRIACs e MOSFETs Os relés comuns podem ser usados para comutar diversos tipos de cargas, que vão desde cargas de corrente contínua e sinais até cargas de potência ligadas à rede de energia. Para os relés comuns não existe muita diferença quanto ao tipo de carga, havendo apenas algumas precauções com a geometria dos contatos. No entanto, no caso dos relés de estado sólido, o tipo de carga a ser controlada divide-os em duas categorias. Assim, temos os relés Photo MOS, que têm a estrutura mostrada na figura 3 e que se baseiam em transistores de efeito de campo. Por outro lado, os relés baseados em TRIACs são indicados especialmente para o controle de cargas de corrente alternada, tendo a estrutura exibida na figura 4. Para o Photo MOS, o princípio de funcionamento é bastante simples de entender. Na parte superior existe um LED emissor que deve ser excitado pelo circuito de controle. Quando isso ocorre, ele emite radiação infravermelha que é captada por um conjunto de células fotoelétricas colocadas logo abaixo, observe a figura 5. A distância de separação entre o emissor e o receptor de infravermelho é tipicamente de 0,4 mm, o que garante um isolamento bastante alto, da ordem de milhares de volts, dependendo apenas do gás presente no interior do dispositivo. O conjunto de fotocélulas excita então o dispositivo de potência utilizado no controle externo, normalmente transistores de efeito de campo MOS. Um único transistor pode comutar somente correntes contínuas, uma vez que ele pode conduzir apenas em um sentido. No entanto, é possível comutar correntes alternadas com o uso de dois transistores ligados conforme vemos na figura 6. Para as duas configurações é comum o uso de transistores DMOS, com resistências Relés Eletromecânicos Tensão de ruptura elevada Resistência a surtos e ruídos Controla qualquer intensidade de corrente Operam com cargas AC e DC Isolamento total da carga Não existem correntes de fuga Não é sensível a EMI F1. Relé eletromecânico. F2. Relé Photo MOS. F3. Duas características de Relés Photo-MOS. Desvantagens Relés de Estado Sólido Possuem corrente de fuga elevada Sensíveis a surtos e transientes Sua resistência de condução é elevada Capacidade de controle da carga limitada F4. Estrutura de Relé com Foto-DIAC (ou SSR) Maio/Junho 2010 :: Mecatrônica Atual dispositivos Relés Eletromecânicos São pesados, caros e volumosos Precisam de muita potência para o acionamento Contatos sujeitos a repiques Operação ruidosa Produzem arcos principalmente na comutação de cargas indutivas F5. Funcionamento do Relé Photo MOS F6. Comutação de correntes alternadas. F7. Funcionamento do Relé com Photo-DIAC (ou SSR) 47
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