Circuito Relé

Esquema

Con este circuito lo que se pretende es activar un relé desde la salida de un microcontrolador. El problema con el que nos podemos encontrar es que la corriente o el voltage que puede suministrar la salida no sean suficientes para activar el relé. Por lo tanto se utiliza un transistor, aprovechando su función de switch, para poder controlar el relé.



Circuito para poder activar un relé desde la salida de un microcontrolador (3.3V o 5V)

Dónde:

• $V_{RELE}:$Tensión necesaria para activar el relé.
• $R_{RELE}:$Resisténcia interna del circuito de control del relé. Este valor lo conseguimos del datasheet o lo podemos medir con un multímetro. Necesitaremos el valor de la resistencia par apoder calcular la corriente que pasa por el circuito de control del relé.
• $V_{CE}:$Tensión entre colector y emisor.
• $V_{BE}:$Tensión entre base y emisor.
• $R_b:$Valor de la resistencia para controlar la corriente necesaria para activar la base del transistor.
• $V_{Control}:$Tensión que obtenemos del pin de salida del microcontrolador (3.3V/5V)

Como se puede ver en el circuito hay dos mallas: la que incluye la tensión que activa el relé, el relé y la tensión que cae entre el colector y el emisor y la malla que incluye la tensión de control, la resistencia de base y la tensión que cae entre base y emisor.

Primera Malla

$-V_{RELE}+I_C\cdot R_{RELE}+V_{CE}$

Cuando el transistor está saturado la caida de voltaje en $V_{CE}$ es muy baja debido a que se comporta como interruptor cerrado. Por lo tanto podemos reescribir la ecuación:

$I_C=\frac{V_{RELE}}{R_{RELE}}$

Segunda Malla

$-V_{Control}+I_B\cdot R_B+V_{BE}$

Aislamos $R_B$ y nos queda:

$R_B=\frac{V_{Control}-V_{BE}}{I_B}$

Cálculo

Relación Corrientes BJT:

$I_C=\beta \cdot I_B$

Con esta relación de corrientes tenemos todo lo necesario para poder encontrar $R_B$:

$R_B=\frac{(V_{Control}-V_{BE})\cdot \beta }{I_C}=\frac{(V_{Control}-V_{BE})\cdot \beta \cdot R_{RELE}}{V_{RELE}}$

Donde:

• $V_{BE}$ para los transistores de silicio es $0.6V$
  
• $\beta$ lo podemos medir con un polimetro o mirar en el datasheet del transistor
  

Ya se sabe que la electrónica no es una ciencia exacta, por lo tanto debemos plantearnos siempre el peor caso para hacer un buen diseño. En este circuito la parte que es variable es la $\beta$. Ésta depende de cada transistor y también de la temperatura. Podemos medirla con el polímetro pero igualmente es una buena práctica multiplicar por 5 la $I_B$ que obtenemos de los cálculos o utilizar una $\beta$ de 50 (que seria en el peor de los casos).

Esquema Mejorado

Para mejorar el circuito se pueden añadir varias opciones muy fáciles de implementar:

• Diodo de protección: Este diodo sirve para proteger el circuito del relé cuando se desactiva. La bobina del relé almacena una carga inductiva que al desconectar pasa al circuito que controla la bobina. Con un diodo en aintiparalelo se soluciona este problema. Con un diodo 1N4007, 1N4004 o 1N4006 ya nos arreglamos.
• Led indicador: Cuando se active el relé es interesante tener un led que nos lo indique
• Resistencia a masa: Si no estan inicializadas las salidas del microcontrolador podemos tener una tensión de control arbritaria. Colocando una resistencia a masa nos aseguramos que si la tensión de control es indefinida no se activará el relé. El valor de esta resistencia tiene que ser mucho mas elevado que el de la resistencia de base (si la resistencia de base es de 4K7 la resistencia a masa puede ser de 47K o como dicen en inventables.eu 100k)

Documentación

Como controlar un relé con un transistor - Inventables.eu
Mr. Elberni - Video explicativo de la función switch de un transistor bipolar.
Dual Relay Board Kit by Parallax - Circuito con dos relés y con el esquemático.