Reed relays offered in reduced-size SIL packages
Pickering Electronics has announced that its series 119 range, for up to 3kV, offers the industry’s smallest available high voltage Single-In-Line Reed Relay. The switches are intended for voltages very much higher than standard small SIL relays, such as cable testers and mixed signal ATE. Four versions are available, all with either 3, 5 or 12V operating coils.
Pickering says its vacuumed, sputtered ruthenium reed switches feature ‘superb low level performance’, which makes them a suitable choice where a wide range of signals are involved. The range is based on the series 109P style of plastic package with an internal mu-metal magnetic screen which allows high packing density and are made using Pickering’s SoftCenter construction.
The 1 Form A, 1kV version has a package and pin configuration compatible with the standard 109P type, i.e. 4 pins on 3.8mm pitch. These can be stacked side-by-side for maximum packing density. The other types have package lengths and pin configurations appropriate for their voltage ratings.
Pickering says its SIL range is by far the most developed in the relay industry with relays 25% the size of many of those of competitors. Relays are available in SMT, SIL and DIL package styles.
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Reed-Relais Nach wie vor attraktiv für Schaltapplikationen
Nach wie vor attraktiv für Schaltapplikationen
Reed-Relais sind nach wie vor attraktiv für Schaltapplikationen. Aufgrund ihres geschalteten metallischen Pfades haben sie nicht die Probleme von Halbleiterrelais wie relativ hoher Kontaktwiderstand und hoher Leckstrom im Aus-Zustand. Durch die hermetisch versiegelten Kontakte ist ihr Kleinsignalverhalten im Vergleich zu herkömmlichen elektromechanischen Relais wesentlich besser, da die Kontakte weder oxidieren, noch Ablagerungen entstehen. Darüber hinaus bieten sie besonders kurze Öffnungs- und Schließzeiten, was insbesondere bei Messgeräten und Testsystemen ein wichtiges Kriterium ist.
Interner magnetischer Schirm aus Mu-Metall
Ein Reed-Relais besteht in seiner elementarsten Form aus einem Paar ferromagnetischer Schaltkontaktzungen, die von einem hermetisch versiegelten und von einer Drahtspule umwickelten Glaszylinder umschlossen sind. Legt man eine elektrische Spannung an, wirkt die Drahtspule als Elektromagnet und schließt die ferromagnetischen Schaltkontakte. Bei einem ungeschirmten Relais ist das Bauteil vollständig vom Magnetfeld umgeben, das andere Relais in der Nähe erzeugen. Dadurch verändert sich dort der Wert der von der Spule benötigten Schaltspannung. Sind viele Relais sehr dicht gepackt, etwa bei einer ATE-Schaltmatrix, kann dies dazu führen, dass die Relais nicht mehr schalten, da die magnetische Beeinflussung ihre Empfindlichkeit herabsetzt.
Die Standardspezifikation, ab welcher Spulenspannung ein Relais schalten muss, beträgt 75 Prozent des Nennwerts; bei einem 5-V-Bauteil entspricht das 3,75 V (bei 25 °C). Der Draht der Kupferspule hat einen positiven Widerstandskoeffizienten von zirka vier Prozent je Grad Celsius. Bei steigender Temperatur erhöht sich der Spulenwiderstand entsprechend, der Strom verringert sich und damit auch das erzeugte Magnetfeld. Insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen ist es wichtig, diesen Effekt zu berücksichtigen.
Im betrachteten Beispiel sind die beiden äußeren von drei nebeneinander angeordneten Relais bestromt. Nun soll das mittlere ebenfalls eingeschaltet werden. Da die Magnetfelder der beiden äußeren Relais abschwächend auf das mittlere Relais wirken, steigt die Schaltspannung, die erforderlich ist, um das Relais zu aktivieren, noch weiter an. Ein Anstieg um 30 bis 40 Prozent mag überraschen, ist aber realistisch für nicht-abgeschirmte Relais im Rastermaß von 3,81 mm. Bei diesem Anstieg, verstärkt um mögliche Temperatureffekte und einen Spannungsabfall im Relaistreiber, kann es passieren, dass das Relais beim Anlegen der 5-V-Versorgungsspannung nicht schaltet.
us diesem Grund ist Pickering davon überzeugt, dass bei Relaisanwendungen mit hoher Bestückungsdichte ein magnetischer Schirm aus Mu-Metall absolut notwendig ist, um diese abträglichen Effekte zu eliminieren und die Effizienz zu erhöhen.
Soft-Center-Technologie
Anstelle der weit verbreiteten, spritzgegossenen Hartkunststoff-Gehäuse verwendet Pickering seine eigene Soft-Center-Gehäusetechnologie, bei der ein weiches Innenmaterial die Glas/Metall-Versiegelung der empfindlichen Reedkontakt-Kapsel vor den Auswirkungen nicht-angepasster thermischer Ausdehnung schützt. Diese Konstruktion minimiert mechanischen Stress und stellt die präzise Ausrichtung der Schaltungen sicher, was ein zuverlässiges Schalten bei hoher Lebensdauer zur Folge hat. Selbst untergeordnete Belastungen, wie Druck- und Torsionsspannungen, können den Kontaktbereich der Schaltungen leicht verändern. Dadurch entstehen instabile Widerstandswerte, die sich bei erweiterten Lebensdauer-Prüfungen leicht nachweisen lassen.
Körperlose Spulen
Die Betätigungsspulen in allen Single-in-Line- und SMD-Reed-Relais von Pickering sind körperlos, das heißt sie besitzen keinen Spulenkörper. Häufig bezeichnet man diese Spulen auch als Luftspulen. Sie werden auf vollautomatischen Wickelmaschinen hergestellt, wobei ein spezieller Kupferlackdraht zum Einsatz kommt, der mit einem thermisch härtenden Kleber beschichtet ist. Während die Spule auf dem Werkzeugdorn aufgewickelt wird, ist ein Heißluftstrahl auf sie gerichtet, der den Kleber aufschmilzt, sodass die Spule eine stabile Baugruppe bildet.
Kommen besonders dünne Drähte zum Einsatz, legt die Maschine die Anschlussbereiche an beiden Enden der Spule automatisch mehrfach (meist dreifach) und erhöht die Festigkeit dort, wo die Drähte intern mit dem Anschlussrahmen verbunden werden. Ein weiterer Luftstrahl kühlt die Spule ab und anschließend wird sie vom Werkzeugdorn ausgestoßen. Dieser Produktionsprozess generiert wiederholgenaue Spulen hoher Qualität. Anschließend wird die fertige Spule direkt über den Glaskolben der Kontaktzungen geschoben. Wie viel zusätzlicher Platz für die Spule durch den körperlosen Aufbau zur Verfügung steht, zeigt die Illustration. Aufgrund der engeren Anbindung des Magnetfelds der Spule und des besseren Wirkungsgrads der inneren Windungen (mehr Windungen pro Ω) ergibt sich eine deutlich bessere magnetische Effizienz.
Der zusätzliche Platz für die Spulenwindungen ermöglicht es Pickering, je nach Anwendungsfall kleinere Gehäusegrößen und höhere Spulenwiderstände zu realisieren oder weniger empfindliche Kontakte mit größeren Betätigungs- und Rückstellkräften zu verwenden.
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Pickering Reed Relays
Graham Dale, Technical Director of Pickering Electronics Limited, describes the unique features of Pickering Reed Relays.
Reed Relays remain an attractive solution for switching applications. Having a metallic path, they do not suffer from a relatively high contact resistance and high off-state leakage current usually associated with solid state relays. Having hermetically sealed contacts, reed relays offer a better low level performance than conventional electro-mechanical relays as they do not suffer from oxidization or films building up on the contacts. They also have the advantage of faster operate and release times, critical in today’s instrumentation and test systems.
Unfortunately though, relays are often considered a mundane component and little thought is given to them by the design Engineer which can lead to problems.
In general, the most common construction for a reed relay offers no magnetic screening, involves the use of a hard moulded package and an operating coil wound on a plastic bobbin surrounding the reed switch capsule. Pickering offer a technically superior solution.
Internal Mu-Metal Magnetic Screens
A reed relay in its most basic form consists of a pair of ferro-magnetic switch contacts enclosed in a hermetically sealed glass envelope. Around this is wound a coil of wire which acts as an electro-magnet to close this switch when an energising voltage is applied. With an unscreened relay this magnetic field completely surrounds the device and affects any other relays that may be close by resulting in a change in the coil voltage required to operate them. Where many relays are packed very densely, for example, in an ATE switching matrix. It is sometimes possible for this interaction to de-sensitize the relay and prevent it from operating.
The industry standard specification for the coil voltage by which a reed relay must operate is 75 per cent of its nominal value, for a 5 volt device this would be equal to 3.75 volts at 25 degrees Centigrade. The copper coil wire has a positive coefficient of resistance of around 4% per degree Centigrade so its resistance will increase at this rate with a corresponding fall in the level of current and therefore the magnetic field generated. This also needs to be considered for higher temperature applications.
Let us imagine three relays stacked side by side with the outer two energised. Please see the illustration. We now wish to turn on the middle one. The magnetic fields from the two outer relays acting on the centre one will tend to increase further the voltage required to operate the switch. An increase of 30-40 percent is perhaps surprisingly, a realistic one for unscreened relays on 0.15 inches pitch. With this increase and possibly even more when temperature effects are also considered, plus a voltage drop in the relay driver, it is possible that the relay will not turn on with a 5 volt supply.
This is why Pickering believe that a mu-metal magnetic screen is absolutely essential for high density applications to eliminate these issues and enhance efficiency.
SoftCenter ® Technology
Instead of the more usual hard moulded package, Pickering use our SoftCenter® technology, whereby a soft inner material is used to protect the delicate glass to metal seal of the reed switch capsule against expansion mismatches. This de-stresses the switch ensuring accurate alignment of the switch blades which in turn gives a longer and more reliable life.
Even quite minor stresses, tensile, compressive or torsional can slightly move the contact area of the switch blades which results in contact resistance instability which can easily be detected during extended life testing.
Former-less Coils
The operating coil in all Pickering Single-in-Line and Surface Mount reed relays is former-less, with no supporting bobbin. This is sometimes referred to as an air coil. The coil is wound on fully automatic machinery using a special enamelled copper wire that is coated with a heat sensitive adhesive. As the coil is wound on the tool mandrel, a jet of hot air is directed at the coil to melt the adhesive so that the coil forms a solid assembly. Where fine gauges are used, the termination wires at both the start and finish of the coil are automatically skeined by the machine, usually three strands, to give additional strength where it is internally connected to the leadframe. After the coil is cooled by a jet of air, it is ejected from the tool. The process provides coils of a consistent quality and repeatability. The finished coil is placed directly over the glass reed switch capsule as in the illustration and it is clear to see how much extra space is available for the winding. The magnetic efficiency is greatly improved because of the closer coupling of the coils magnetic field and the fact that the inner turns are more effective because of the smaller circumference (more turns per Ohm).
The increase in room for the coil winding allows Pickering to achieve smaller packages, high coil resistance figures or gives the possibility of using less sensitive switches with inherently higher operating and restoring forces, according to the product in which it is used.
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The unique features of Pickering Reed Relays
Graham Dale, Technical Director of Pickering Electronics Limited, describes the unique features of Pickering Reed Relays.
Reed Relays remain an attractive solution for switching applications. Having a metallic path, they do not suffer from a relatively high contact resistance and high off-state leakage current usually associated with solid state relays. Often though, they are considered a mundane component and little thought is given to them by the design Engineer which can lead to problems.
In general, the most common construction for a reed relay offers no magnetic screening, involves the use of a hard moulded package and an operating coil wound on a plastic bobbin surrounding the reed switch capsule. Pickering offer a technically superior solution.
Internal Mu-Metal Magnetic Screens
A reed relay in its most basic form consists of a pair of ferro-magnetic switch contacts enclosed in a hermetically sealed glass envelope. Around this is wound a coil of wire which acts as an electro-magnet to close this switch when an energising voltage is applied. With an unscreened relay this magnetic field completely surrounds the device and affects any other relays that may be close by resulting in a change in the coil voltage required to operate them. Where many relays are packed very densely, for example, in an ATE switching matrix, it is sometimes possible for this interaction to de-sensitize the relay and prevent it from operating.
The industry standard specification for the coil voltage by which a reed relay must operate is 75 per cent of its nominal value, for a 5 volt device this would be equal to 3.75 volts at 25 degrees Centigrade. The copper coil wire has a positive coefficient of resistance of around 4% per degree Centigrade so its resistance will increase at this rate with a corresponding fall in the level of current and therefore the magnetic field generated. This also needs to be considered for higher temperature applications.
Let us imagine three relays stacked side by side with the outer two energised. Please see the illustration. We now wish to turn on the middle one. The magnetic fields from the two outer relays acting on the centre one will tend to increase further the voltage required to operate the switch. An increase of 30-40 percent is perhaps surprisingly, a realistic one for unscreened relays on 0.15 inches pitch. With this increase and possibly even more when temperature effects are also considered, plus a voltage drop in the relay driver, it is possible that the relay will not turn on with a 5 volt supply.
This is why Pickering believe that a mu-metal magnetic screen is absolutely essential for high density applications to eliminate these issues and enhance efficiency.
SoftCenter ® Technology
Instead of the more usual hard moulded package, Pickering use our SoftCenter® technology, whereby a soft inner material is used to protect the delicate glass to metal seal of the reed switch capsule against expansion mismatches. This de-stresses the switch ensuring accurate alignment of the switch blades which in turn gives a longer and more reliable life.
Even quite minor stresses, tensile, compressive or torsional can slightly move the contact area of the switch blades which results in contact resistance instability which can easily be detected during extended life testing.
Former-less Coils
The operating coil in all Pickering Single-in-Line and Surface Mount reed relays is former-less, with no supporting bobbin. This is sometimes referred to as an air coil. The coil is wound on fully automatic machinery using a special enamelled copper wire that is coated with a heat sensitive adhesive. As the coil is wound on the tool mandrel, a jet of hot air is directed at the coil to melt the adhesive so that the coil forms a solid assembly. Where fine gauges are used, the termination wires at both the start and finish of the coil are automatically skeined by the machine, usually three strands, to give additional strength where it is internally connected to the leadframe. After the coil is cooled by a jet of air, it is ejected from the tool. The process provides coils of a consistent quality and repeatability. The finished coil is placed directly over the glass reed switch capsule as in the illustration and it is clear to see how much extra space is available for the winding. The magnetic efficiency is greatly improved because of the closer coupling of the coils magnetic field and the fact that the inner turns are more effective because of the smaller circumference (more turns per Ohm).
The increase in room for the coil winding allows Pickering to achieve smaller packages, high coil resistance figures or gives the possibility of using less sensitive switches with inherently higher operating and restoring forces, according to the product in which it is used.
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Pickering Electronics at the recent Semicon West USA, San Francisco
Pickering Electronics are acclaimed Manufacturers of high quality Reed Relays for Instrumentation and Automatic Test Equipment (ATE),
High voltage switching, Low thermal EMF, Direct drive from CMOS, RF switching and other specialist applications. Relays are available in Surface Mount, Single-in-Line (SIL), Dual-in-Line (DIL) and many other popular package styles.
Our High quality reed relays are encapsulated using a soft inner material to greatly reduce physical stresses on the glass/metal seal of the reed switch capsule. Different materials have different expansion characteristics and the very hard compounds used by most manufacturers can cause stresses that can damage seals or distort the reed switch thereby changing switch blade alignment. This will degrade contact resistance stability and life expectation.
Pickering Electronics highlighted the following products amongst others at Semicon West 2014
Pickering Series 117 SIL Reed Relays Pickering Electronics’ 117 Series Reed Relays are ideal for very high density applications such as A.T.E. switching matrices or multiplexers. They are available in 3V and 5V, 1 Form A and 2 Form A variants and like all of our Single-In-Line Series they are constructed using our SoftCenter™ technology.
Pickering Series 113 SIL Changeover Reed Relays Pickering Electronics’ Series 113 changeover single-in-line reed relay is our smallest changeover. They’re magnetically screened and require a board area of only 0.15 inches (3.8mm.) by 0.5 inches (12.7mm.). They have a 3 Watts rating and like all of our Single-In-Line Series they are constructed using our SoftCenter™ technology.
Pickering High Voltage Reed Relays
If you need Reed Relays for High Voltage applications customers should take a look at Pickering’s High Voltage Relays.
SERIES 104 The SERIES 104 fits on a Board area of 0.25 x 1.0 inches (1 Form A)They are available up to 3 Kilovolts with Rhodium plated, vacuum switches in a Single-in-Line plastic package. Three voltage ratings are available.1kV stand-off, 500 volts switching at 10 Watts (One or two Form A or one Form B).1.5kV stand-off, 1kV switching at 10 Watts (One or two Form A or one Form B).3kV stand-off, 1kV switching at up to 20 Watts (One Form A only).Like all of our Single-In-Line Series they are constructed using our SoftCenter™ technology.
SERIES 60/65 fit on a Board area of 0.65 x 2.3 inchesThese are available up to 15 Kilovolts with Tungsten plated, vacuum switches. Series 60 are for chassis mounting with solder tag connections, Series 65 are for PCB mounting. Three voltage ratings are available.5kV stand-off, 3.5kV switching at 50 Watts (One Form A or one Form B).10kV stand-off, 7.5kV switching at 50 Watts (One Form A or one Form B). 15kV stand-off, 12.5kV switching at up to 50 Watts (One Form A only).
SERIES 62/63 fit on a Board area of 0.8 x 2.55 inchesThese are available up to 15 Kilovolts with Tungsten plated, vacuum switches in a chassis mounting package with push-on connections. Three voltage ratings are available.5kV stand-off, 3.5kV switching at 50 Watts (One Form A or one Form B).10kV stand-off, 7.5kV switching at 50 Watts (One Form A or one Form B). 15kV stand-off, 12.5kV switching at up to 50 Watts (One Form A only).
Guarantee of High Technical Standards –
Pickering Electronics’ Quality Assurance Pickering manufactures Reed Relays for instrumentation applications using only the highest quality materials. We are certified to ISO 9001-2008 and audited by the British Standards Institution. Pickering relays are subjected to continuous inspection during the manufacturing process and after a strenuous thermal cycling routine are 100 percent tested for all operating parameters on Automatic Test Equipment (ATE) and other specialized equipment. All ATE test results are archived and used for Statistical Process Control.
Featuring Pickering SoftCenter® TechnologyWe are manufacturers of high quality Reed Relays for Instrumentation and Automatic Test Equipment (ATE), High voltage switching, Low thermal EMF, Direct drive from CMOS, RF switching and other specialist applications. Pickering Relays are available in Surface Mount, Single-in-Line (SIL), Dual-in-Line (DIL) and many other popular package styles and like our existing relays they incorporate SoftCenter® technology.
More about SoftCenter®Pickering Reed relays are encapsulated using a soft inner material to greatly reduce physical stresses on the glass/metal seal of the reed switch capsule. Different materials have different expansion characteristics and the very hard compounds used by most manufacturers can cause stresses that can damage seals or distort the reed switch thereby changing switch blade alignment. This will degrade contact resistance stability and life expectation.
Pickering Electronics – the Reed RelayMate – An in-depth new publication which looks in detail at Reed Relays. It describes how reed relays are constructed, what types they are, how they work. Also our relay experts describe what parameters can affect their operation, how clients can chose the correct relay and furthermore a comparison with other relay technologies and how to drive and place reed relay coils.
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Spezifikation von Signalspannung, Strom und Leistung
Für alle Reed Relais liegen Spezifikationen bezüglich Strom und Spannung vor, die im Hinblick auf eine lange Lebensdauer eingehalten werden sollten. Es ist auch wichtig, sich vorab darüber Klarheit zu verschaffen, ob der vorgesehene Einsatzweck heißes oder kaltes Schalten vorsieht. Dies kann erheblichen Einfluss auf die Größe und Kosten des vorgesehenen Relais haben.
Wenn mit Heißschalten zu rechnen ist, wird oft der die angegebene Leistungsspezifikation ignoriert und dabei übersehen, dass ein Relais durchaus 100 V Spannung und 1 A schalten kann, jedoch diese Maximalwerte nicht gleichzeitig auftreten dürfen. Ein mit 10 W spezifiziertes Relais kann daher zum Beispiel bei 100 V Signalspannung einen Strom von nur 100 mA zuverlässig schalten. Ist ein Heißschalten nicht zu erwarten, kann der Anwender sich darauf verlassen, dass die Relaiskontakte den angegebenen Strom führen können und die spezifizierte Spannungsfestigkeit besitzen.
SMD oder THT
Bei Reed Relais hat der Anwender die Wahl zwischen bedrahteten (THT, Through Hole Technology) und SMD-Bauteilen. Bei anderen Bauteiltypen wird die Auswahl zum Teil dadurch bestimmt, welche Bauteildichte realisierbar ist. Dies gilt für Reed Relais jedoch nur bedingt. Nach heutigen Gesichtspunkten betrachtet sind Reed Relais nicht besonders klein, es sind jedoch die Wechselwirkungen der erzeugten Magnetfelder zu berücksichtigen, die in manchen Designs zum echten Problem werden können. Nicht so bei Produkten von Pickering Electronics, bei denen magnetische Schirmungen derartige Problematiken verhindern.
Ein Fertigungsprozess wird die Verwendung von SMD-Bauteilen da bevorzugen, wo diese Komponenten für die meisten Anwendung verfügbar sind. Bei Relais ist eine Auswahl jedoch schwieriger, speziell wenn diese für einen Austausch im Servicefall vorzusehen sind.
Relais, die häufigem Heißschalten ausgesetzt sind und dies Kontaktverschleiß verursacht, oder wo ein Verschalten mit defekten Komponenten oder Fehlprogrammierung auftreten kann und Relais geschädigt werden, werden diese als Serviceteil gesehen.
Das Auslöten von SMD-Bauteilen ist ein invasiver Bearbeitungsvorgang auf der Leiterplatte. Selbst wenn spezielle Entlötwerkzeuge und Vorrichtungen eingesetzt werden, ist nicht nur das zu wechselnde Bauteil, sondern auch benachbarte Bauteile sind Hitze, Lötmittelfluss und mechanischem Stress ausgesetzt. Das Auslöten von bedrahteten Bauelementen lässt sich viel einfacher bewerkstelligen und erfordert auch keine besonderen Auslötwerkzeuge und spezielle Kenntnisse. Ein Relaistausch vor Ort ist damit eher möglich, verbunden mit geringerem Risiko für weiteren Schaden an der Baugruppe.
In Fällen, in denen ein Relaistausch vorgesehen ist, empfiehlt Pickering Electronics die Verwendung von Bauteilen in Through Hole Technology. Bei Designs die dieser Anforderung nicht unterliegen, wird die Auswah von Anwenderpräferenz und den Wahlmöglichkeiten hinsichtlich Platzbedarf, Betriebsparameter und Relaishöhe bestimmt werden.
Diode oder keine Diode
Reed Relais sind wahlweise mit eingebauter Schutzdiode (Freilaufdiode) erhältlich. Elektromagnetische Relais (EMR) bieten im Vergleich dazu diese Wahlmöglichkeit nicht.
Die Schutzdioden dienen dazu, den Baustein, der die Relaisspule ansteuert, vor induktiven Spannungsspitzen zu schützen, die dann entstehen, wenn die Stromzufuhr an der Spule unterbrochen wird.
Bei Ansteuerung der Relaisspule über eine Open Collector Konfiguration wird der Strom durch den Spulenwiderstand begrenzt, wenn der Treiber durchgeschaltet ist. Wenn der Open-Collector abgeschaltet wird, versucht die Spannung am Ausgang zu steigen während der Strom zu sinken versucht. Der Open Collector besitzt jedoch keinen Pfad, der das zulassen könnte. Damit das Magnetfeld in der Spule zusammenbricht, muss der Strom jedoch auf Null abfallen. So steigt die Treiberausgangspannung rapide an, begrenzt nur durch die Kapazität von Spule oder Treiberbaustein. Irgendwann wird dieser Spannungsanstieg dann begrenzt, wenn der Treiberausgang die Durchbruchspannung erreicht. Dieser Vorgang stellt eine hohe Impulslast für den Treiber dar, was zu frühzeitigem Ausfall führen kann.
Die gängige Lösung für dieses Phänomen ist, eine Diode zum Schutz des Treibers einzubauen. Wenn die Treiberausgangsspannung über die Versorgungsspannung ansteigt, wird die Diode leitend und begrenzt damit die Spannung. Da die Durchlassspannung der Diode wesentlich geringer ist als die Durchbruchsspannung, ist die abzuführende Energie wesentlich geringer. Dioden sind generell darauf ausgelegt, diese Art Spannungsspitzen besser zu verarbeiten als ein Transistor.
Nicht alle Relaisansteuerungen nutzen jedoch eine Ope-Collector- oder Open-Drain-Stufe. Wenn der Treiber eine angemessene Rückführung für den Spulenstrom zur Verfügung stellt, zum Beispiel wenn Logikausgänge zur Spulenansteuerung verwendet werden, ist keine Schutzdiode notwendig. Es ist auch möglich, die Schutzschaltung dazu zu verwenden, die Abfallzeit des Relais zu verkürzen. Je schneller das Magnetfeld der Spule abgebaut wird, desto früher wird der Relaiskontakt schalten.
In manchen Anwendungen ist die Zeit für das Öffnen eines Relaiskontaktes von enormer Wichtigkeit für die Funktion eines Schutzmechanismus. Beispiel dafür ist der Schutz eines Gerätes vor Spannungsspitzen von außen oder speziell der Schutz eines Signalgenerators vor Rückleistung.
In diesem Fall kann eine modifizierte Schutzschaltung, die Spannungen entweder mit einer Serienschaltung aus Widerstand und Diode unterdrückt oder Spannungen auf Werte höher als die Versorgungsspannung begrenzt, die Zeit zum Kontaktöffnen wesentlich verkürzen. Die Auswirkung auf die Abfallzeit variiert zwischen verschiedenen Reed-Schaltern, aber Zeiten im Bereich von 40 µs sind mit bestimmten Reed Relaistypen möglich.
Spulenspannung
Reed Relais sind mit einer großen Auswahl von Spulenspannungen verfügbar. Für Ansteuerung über Logiksignale sind 3,3 und 5 V Spulenspannungen die bevorzugte Wahl, da diese mit den gängigen Logikfamilien direkt kompatibel sind. Für einen bestimmten Reed-Schalter müssen jedoch alle Spulen eine bestimmte Anzahl Amperewindungen aufweisen, sodass bei reduzierter Spulenspannung der benötigte Spulenstrom entsprechend erhöht wird. Für manche Anwendungen sind hohe Spulenströme jedoch nicht erwünscht: sie könnten zu höherem Leistungsverlust an den Spannungsversorgungen und Verlusten auf den Leiterbahnen führen sowie das Entstehen von stärkeren elektromagnetischen Impulsspitzen begünstigen.
LED-Treiberbausteine können entweder 5- oder 12-V-Spulen direkt ansteuern, Open-Collector-Treiber können auch höhere Spannungen schalten. Mit höheren Spulenspannungen nimmt jedoch die Drahtstärke der Relaisspulen ab und macht damit den Herstellungsprozess der Spule in Bezug auf Drahtabriss komplexer. Letztendlich definiert dieses Kriterium die Obergrenze der angebotenen Spulenspannungen.
Für viele Anwendungen stellen 5-V-Spulen einen guten Kompromiss dar. Ein Faktor, der von Anwendern oft nicht berücksichtigt wird, ist der Einfluss der Temperatur auf den Spulenstrom. Üblicherweise findet man in Datenblättern für Relais Angaben für die Anzugs- und Abfallspannung und diese Werte sind merklich niedriger als die Nennspannung. Für diese Differenz gibt es im Wesentlichen vier Erklärungen:
- Da der Spulenwiderstand mit der Temperatur (um 0,39 % pro °C) steigt, werden die Spannungen bei den eher typischen Temperaturen (von 25 °C) gemessen, sodass zum Zeitpunkt der spezifizierten Relais-Maximaltemperatur der Spulenstrom bereits signifikant gesunken sein kann.
- Die Ausgangswiderstände der Treiberbausteine üben einen erheblichen Einfluss aus.
- Die verwendete Versorgungsspannung kann von Produkt zu Produkt sowie an verschiedenen Punkten der Leiterplatte variieren.
- Externe Magnetfelder können einen Einfluss auf den Spulenstrom haben, der die benötigte Feldstärke erzeugt.
Reed Relais sollten folglich eine angemessene Toleranzreserve aufweisen, um eine zuverlässige Funktion unter allen Bedingungen zu gewährleisten. Relais mit Spulen des kleinsten Spannungsbereiches sind für diese Art von Problemen am anfälligsten.
Magnetische Abschirmung
Im Falle von Pickering-Produkten ist diese entweder als interner Mu-Metall-Schirm im Inneren des Plastikgehäuses ausgeführt oder als externes Mu-Metall-Gehäuse. Die magnetische Abschirmung dient drei Zielen:
- Reduzierung von Einflüssen magnetischer Wechselwirkungen zwischen benachbarten Relais mit geringem Abstand. Ein fehlender Schirm hat wenig Auswirkung, solange das Relais einzeln betrieben wird, ohne benachbarte Relais oder Magnetfelder, die Einfluss auf das Schalten der Kontakte haben könnten.
- Reduzierung von Störsignalen auf den Signalpfad durch externe Magnetfelder.
- Bessere Nutzung des Magnetfeldes, was zu einem geringeren Leistungsbedarf der Spule führt.
Die magnetische Schirmung besteht aus Mu-Metall, das eine hohe magnetische Permeabilität bei niedrigen Frequenzen und bei Gleichspannung besitzt. Es schirmt den Relaiskörper gegen jegliche externe Magnetfelder und besitzt die Eigenschaft, Magnetfelder aufrechtzuhalten, wenn der Spulenstrom unterbrochen wird. Magnetische Schirmungen aus anderem Material sollten grundsätzlich nicht verwendet werden, da Restmagnetismus den Relais-Arbeitspunkt verändern und Schwankungen im Kontaktverhalten verursachen kann. Wenn Relais dicht gepackt bestückt werden sollen, empfiehlt sich die Wahl eines Relaistyps mit magnetischer Schirmung.
Elektrostatisch geschirmte Relais
Ein Reedschalter ist zwar von seiner Spule umschlossen, kann aber anderweitige Streusignale von benachbarten Bauteilen auffangen. Bei einem geschirmten Relais ist eine Folienschicht zwischen der Spule und dem Glaskörper des Schalters aufgebracht. Diese Folie ist mit der Gehäuseaußenseite verbunden. Wird dieser Schirm geerdet, kann der Umfang des aufgenommenen Streusignals, das entweder von der Spule selbst oder anderen externen Leitungen stammt, reduziert werden. Eine Signaleinkopplung über die Relaisspule kann auch dadurch minimiert werden, indem dafür gesorgt wird, dass die Spule gegenüber dem Bezugspotenzial gut entkoppelt ist.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine elektrostatische Abschirmung keinen Schutz des Signalpfades vor Einkopplung von Streusignalen von einem externen Magnetfeld bietet.
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ELECTROMECHANICAL: Reed relays in dense applications
Pickering Electronics’ Series 117 range of single-in-line (SIL) reed relays are available with either 1 or 2 Form A (energise to make) switches and are intended for very high density applications such as ATE switching matrices or multiplexers.
The 1 form A stacks on 0.15 x 0.27 inches (3.8 x 6.6 mm) pitch and the 2 form A stacks on 0.15 x 0.40 inches (3.8 x 10.0 mm) pitch. Both types are under 0.4 inches (10 mm) high.
Each relay in the range is available with 3V or 5V coils, with or without an internal suppression diode, have insulation resistance greater than 10E12O, and are plastic packaged with an internal Mu-metal magnetic screen to reduce magnetic interaction between adjacent relays, which is very important in high density applications.
Pickering only use the highest quality instrumentation grade reed switches giving up to 3 Watts switching and low level or cold switching life expectancy exceeding 1,000 million operations. All Pickering relays are 100% ATE tested.
The SoftCenter construction method uses a soft inner material to greatly reduce the physical stresses on the glass reed switch, preventing damage to the seals or distortion to the switch blade alignment which can degrade contact resistance stability and life expectancy.
In addition to the Series 117, Pickering has the 115 and 116 Series which are:
• Pin compatible to the Series 117 and occupy the same board area
• Available with 3V, 5V and 12 Volt coils
• Under 0.5 inches (12.7 mm) in height and rated at switching up to 10W for the 116 Series
• Under 0.61 inches (15.5 mm) in height and rated at switching up to 15W for the 115 Series.
Company and product info
Pickering Electronics is a privately owned company formed in January 1968, with the aim to design and manufacture high quality reed relays, intended principally for use in Instrumentation and Test equipment.
Today, our SIL range is by far the most developed in the relay industry with relays 25% the size of many of our competitors.
Pickering’s reed relays are used worldwide in applications where quality and reliability is imperative, for example Automatic Test Equipment (A.T.E.) semiconductor test equipment, telecoms, automotive, high quality instrumentation, safety equipment and aerospace.
Pickering reed relays use only the highest quality instrument grade switches. We are certified to ISO 9001:2008 and audited by the British Standards Institution.
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Pickering Electronics to Showcase Latest Reed Relays at Southern Manufacturing & Electronics Exhibition
Pickering Electronics will be showcasing its latest models at the Southern Manufacturing & Electronics Exhibition on 12 – 13, February 2014 in Stand J66.
Pickering Electronics introduces 3 Volt Reed Relays:
- 3 volt operating coils now available in most ranges
- Ideal for equipment using 3 volt logic
- 1 Form A versions now available Versions with 3 volt operating coils are now available in most ranges.
These are ideal for equipment using 3 volt logic. The Series 100 has a coil resistance of 2000 ohms, the Series 101 is 1600 Ohms and the small Series 118 is 1000 Ohms making them ideal for portable equipment. In some other ranges, we have been able to retain the same coil resistance figures as the 5 volt types.
Initially, 1 Form A versions are available but 2 Form A and Form C versions will soon be added so if you have a requirement for these, please contact us, we may have them available.
Featuring Pickering SoftCenterTM Technology Pickering Electronics are manufacturers of high quality Reed Relays for Instrumentation and Automatic Test Equipment (ATE), High voltage switching, Low thermal EMF, Direct drive from CMOS, RF switching and other specialist applications. Pickering Relays are available in Surface Mount, Single-in-Line (SIL), Dual-in-Line (DIL) and many other popular package styles And like our existing relays they incorporate SoftCenter® technology.
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