Схема твердотельного реле на симисторе: Твердотельное реле из симистора для коммутации мощной нагрузки через Ардуино

Твердотельное реле переменного тока или SSR — это устройство, которое используется для переключения тяжелых нагрузок переменного тока на уровне сети через изолированные триггеры минимального напряжения постоянного тока без встроенных механических подвижных контактов.

В этом посте мы узнаем, как построить простое полупроводниковое реле или схему SSR, используя триак, BJT, оптопару с нулевым переходом.

Преимущество твердотельного SSR перед механическими реле

Механические реле могут быть довольно неэффективными в приложениях, где требуется очень плавное, очень быстрое и чистое переключение.

Предлагаемая схема SSR может быть построена дома и использоваться в местах, где требуется действительно сложная обработка нагрузки.

В этой статье описана твердотельная релейная схема со встроенным детектором пересечения нуля.

Схема очень проста для понимания и построения, но в то же время предоставляет полезные функции, такие как чистое переключение, отсутствие радиочастотных помех и способность выдерживать нагрузки до 500 Вт. Мы многое узнали о реле и о том, как они функционируют.

Мы знаем, что эти устройства используются для переключения тяжелых электрических нагрузок через внешнюю изолированную пару контактов в ответ на небольшой электрический импульс, полученный от выхода электронной схемы.

Обычно вход триггера находится вблизи напряжения катушки реле, которое может составлять 6, 12 или 24 В пост. Тока, в то время как нагрузка и ток, переключаемый контактами реле, в основном находятся на уровнях потенциалов сети переменного тока.

Реле в основном полезны, потому что они способны переключать тяжелые контакты, подключенные к их контактам, не приводя опасные потенциалы в контакт с уязвимой электронной схемой, через которую он переключается.

Однако преимущества сопровождаются несколькими критическими недостатками, которые нельзя игнорировать.Поскольку контакты включают в себя механические операции, иногда они совершенно не подходят для сложных схем, которые требуют высокоточного, быстрого и эффективного переключения.

Механические реле также имеют плохую репутацию генерирования радиочастотных помех и шумов во время переключения, что также приводит к ухудшению контактов со временем.

Информацию о SSR на базе MOSFET см. В этом посте.

Использование SCR или Triac для создания SSR.

Кроме того, для SCR и симисторов, когда они интегрированы непосредственно в электронные схемы, требуется, чтобы линия заземления схемы была подключена к ее катоду, что означает, что секция цепи больше не изолирована от смертельных напряжений переменного тока от устройства — серьезный недостаток с точки зрения безопасности. к пользователю относится.

Однако, симистор может быть очень эффективно реализован, если вышеупомянутая пара недостатков полностью устранена. Поэтому две вещи, которые должны быть устранены с помощью симисторов, если они должны были быть эффективно заменены для реле, — это радиочастотные помехи при переключении и вход опасной сети в цепь.

спроектированы точно в соответствии с вышеуказанными спецификациями, что исключает влияние РЧ, а также полностью исключает две ступени.

Коммерческие SSR могут быть очень дорогими и не обслуживаемыми, если что-то пойдет не так. Однако создание полностью твердотельного реле и его использование для требуемого применения может быть именно тем, что «доктор прописал». Поскольку он может быть построен с использованием дискретных электронных компонентов, он становится полностью ремонтопригодным, модифицируемым и, кроме того, дает вам четкое представление о внутренних операциях системы.

Здесь мы рассмотрим создание простого твердотельного реле.

Как это работает? Оптопара обеспечивает надежную защиту входа от потенциалов сети переменного тока, присутствующих в цепи симистора.

Давайте попробуем понять, как работает схема:

Как показано на схеме, оптопара становится порталом между триггером и схемой переключения.Входной триггер применяется к светодиоду опто, который горит и заставляет фототранзистор проводить.
Напряжение от фототранзистора проходит через коллектор к эмиттеру и, наконец, достигает затвора симистора для его работы.

Вышеописанная операция довольно обычна и обычно связана с триггером всех триаков и SCR. Однако этого может быть недостаточно для устранения радиочастотного шума.

Секция, состоящая из трех транзисторов и некоторых резисторов, специально введена с целью проверки генерации РЧ, обеспечивая, чтобы симистор проводил только вблизи нулевых порогов синусоидальной формы волны переменного тока.

Когда в цепь подается сеть переменного тока, выпрямленный постоянный ток становится доступным на коллекторе опто транзистора, и он проводит, как объяснено выше, однако напряжение на соединении резисторов, подключенных к базе T1, настроено так, что он проводит сразу после того, как форма сигнала переменного тока поднимется выше отметки 7 вольт. До тех пор, пока форма волны остается выше этого уровня, T1 остается включенным.

Это заземляет напряжение коллектора опто-транзистора, препятствуя тому, чтобы симистор проводил, но в тот момент, когда напряжение достигает 7 вольт и приближается к нулю, транзисторы прекращают проводить, позволяя симистору переключаться.

Процесс повторяется в течение отрицательного полупериода, когда T2, T3 проводят в ответ на напряжения выше минус 7 вольт, снова устанавливая, что симистор срабатывает только тогда, когда фазовый потенциал приближается к нулю, эффективно устраняя индукцию РЧ-помех, пересекающих ноль.

Принципиальная схема твердотельной SSR-схемы

Перечень деталей для предлагаемой твердотельной релейной схемы

• R1 = 120 K,
• R2 = 680K,
• R3 = 1 K,
• R4 = 330 K,
• R5 = 1 М,
• R6 = 100 Ом 1 Вт,
• C1 = 220 мкФ / 25 В,
• C2 = 474/400 В Металлизированный полиэфир
• C3 = 0.22 мкФ / 400 В PPC
• Z1 = 30 В, 1 Вт,
• T1, T2 = BC547B,
• T3 = BC557B,
• TR1 = BT 36,
• OP1 = MCT2E или аналогичный.

PCB Layout

Использование оптопары SCR 4N40

Сегодня, с появлением современных оптопар, создание высококачественного твердотельного реле (SSR) действительно стало простым. 4N40 — одно из этих устройств, которое использует фото SCR для требуемого изолированного запуска нагрузки переменного тока.

Этот оптопар можно просто настроить для создания высоконадежной и эффективной схемы SSR.Эта схема может использоваться для запуска нагрузки 220 В с помощью тщательно изолированного логического элемента управления 5 В, как показано ниже:

Предоставлено изображение: Farnel

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, схема / PCB дизайнер, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и учебными пособиями.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемой, вы можете взаимодействовать через комментарии, я буду очень рад помочь!

полупроводниковых реле переменного тока с использованием триаков

Основное твердотельное реле (SSR) показано выше как источник света и триак с фоточувствительным затвором. Для получения дополнительной информации о том, как работают триаки и SCR, см. Проекты и схемы Basic Triac и SCR. Твердотельное реле (SSR) состоит из четырех основных частей:

1. Оптоизолятор или оптопара для изоляции низковольтного регулятора постоянного тока, часто от микрокомпьютера, от высоковольтного переменного тока.Входной оптопара часто представляет собой светоизлучающие диоды, в то время как на выходе часто используется фототранзистор или фотодиак для включения симистора.
2. SSR часто имеет внутреннюю схему детектора пересечения нуля для включения симистора в то время, когда синусоида немного превышает ноль или 180 градусов. Это помогает предотвратить повреждение нагрузки и ненужные скачки напряжения.
3. Триак, действующий как выключатель переменного тока. Если SSR для постоянного тока, выходной сигнал представляет собой силовой транзистор.
4. Цепь (и) демпфирования для предотвращения ложного срабатывания симистора от пиков шума, создаваемых магнитными нагрузками.

См. Также Использование оптопар. Важное замечание: выход не имеет электрического соединения с входом и может обеспечить изоляцию до нескольких тысяч вольт. Также см. Больше примеров схем.

оптоизоляторов с Diacs

Оптоизолятор — это твердотельное устройство, предназначенное для обеспечения электрической изоляции между входом и выходом. Вход состоит из светодиода (LED) в корпусе с шестью или восемью контактами (IC) в зависимости от типа.На выходе может быть фототранзистор, фотодиак и т. Д. Между входом и выходом нет электрического контакта. Когда светодиод включен, диак, транзистор и т. Д. Будут излучать свет, излучаемый диодом, и таким образом включать триак, как выключатель. Серия MOC3011 предназначена для подключения к симисторам, типам MOC301x для 110 вольт и типам MOC302x для 240 вольт. Посмотреть схему.

Snubbers

Схема демпфирования (обычно типа RCA) часто используется между Mt1 и Mt2.Цепи демпфирования используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или скачками напряжения, вызванными индуктивными нагрузками, такими как двигатели. Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и Mt1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой цепи над «горячей» стороной линии коммутируется, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне.Резистор 39 Ом и конденсатор 0,01 мкФ предназначены для снятия симистора, а резистор 470 Ом и конденсатор 0,05 мкФ предназначены для снятия разъема. Эти компоненты могут или не могут быть необходимыми в зависимости от конкретной и используемой нагрузки.

Подробнее об описанном выше оптопаре см. Оптоизолятор серии moc30xx и MOC3042 со схемами пересечения нуля. (оба файла pdf)

Opto Triacs и твердотельных реле

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите типичные области применения опто-триаков:
• • Электрическая изоляция.
• • Возможность переключения.
• • Типичная конструкция.
• Опишите типичные особенности твердотельных реле:
• • Электрическая изоляция.
• • Переключение нагрузок переменного и постоянного тока.
• • Типичные параметры.
• Опишите типичные функции безопасности, используемые в твердотельных реле (SSR):
• • Защита от обратной полярности.
• • Защита от перенапряжения.
• • Подавление переходного напряжения.
• • демпфирующие цепи.
• • Пересечение нулевого напряжения.
• Опишите основные меры для тестирования оптопары на базе ИС.
• • Основные тесты.
• • Вопросы безопасности для устройств среднего и высокого напряжения.

Opto Triacs

Устройства, используемые для управления оборудованием высокого напряжения / высокой мощности, должны иметь хорошую электрическую изоляцию между выходом высокого напряжения и входом низкого напряжения. Опираясь на слой оксида кремния, толщина в несколько атомов, чтобы обеспечить требуемую изоляцию, на самом деле не подходит в таких условиях.При возникновении неисправностей (и они с большей вероятностью происходят в цепях большой мощности) результаты могут быть катастрофическими не только для компонентов схемы, но и для пользователей такого оборудования. Физическая изоляция (то есть отсутствие электрического соединения между входом и выходом) — это то, что нужно. К счастью, есть готовые решения этой проблемы. Многие высокопроизводительные цепи сегодня управляются низковольтными слаботочными цепями, такими как микропроцессоры, с использованием оптоэлектронных устройств, таких как опто-триаки, опто-тиристоры и твердотельные реле, для изоляции цепей низкой и высокой мощности.

Управляющее устройство должно быть способно выдерживать высокие напряжения, в том числе очень высокие скачки напряжения, которые могут возникать в выходных цепях переменного или постоянного тока из-за обратной эдс от индуктивных нагрузок и скачков напряжения, которые могут случайным образом присутствовать на питающей сети (линии). поставка. Кроме того, высокие значения импульсного тока (намного превышающие нормальный «рабочий ток»), возникающие, например, при включении таких нагрузок, как двигатели или лампы накаливания, могут требовать, чтобы управляющее устройство было рассчитано на токи до 40 или более В 50 раз выше обычного «бегущего» тока.Выбранное устройство управления также должно обеспечивать электрическую изоляцию между входной и выходной цепями. В дополнение к этим критериям цепь вокруг устройства управления также должна обеспечивать защиту от опасных ситуаций. Например, используются адекватные радиаторы для твердотельных устройств. Также необходимы специальные быстродействующие предохранители или автоматические выключатели, чтобы предотвратить повреждение полупроводников из-за перегрузок по току.

Рис. 6.6.1 Opto Triac & Opto SCR

В этой группе оптопары, фототриаки, фотоприемники или комбинации фотодиодов и полевых транзисторов заменяют фотодиоды и фототранзисторы, описанные в модуле 5 опто-связанных устройств, и также легко доступны в интегральной схеме (I.C.) Форма для переключения относительно малой мощности переменного или постоянного тока. Мощные твердотельные реле (SSR), показанные на рис. 6.6.2, используют ИС, такие как показанные на рис. 6.6.1, с дополнительной «встроенной» схемой для безопасной и надежной работы с высоким напряжением и током.

Рис. 6.6.2 Типичный SSR высокой мощности

Твердотельные реле

Opto triacs и Opto SCR используются для переключения нагрузок переменного тока, но также доступны твердотельные реле с использованием мощных транзисторов MOSFET, которые могут переключать переменный или постоянный ток.Твердотельные реле малой мощности, состоящие, в основном, из цепи опто-триака, такого как тип, показанный на рис. 6.6.1, могут использоваться в качестве обычных интегральных схем, установленных на печатной плате. В качестве альтернативы эти маломощные оптопары могут быть заключены в изолированный корпус вместе с симисторами высокой мощности или SCR и дополнительными компонентами безопасности, такими как радиаторы и компоненты подавления импульсов, в твердотельных реле большего размера, устанавливаемых в стойку, с четырьмя или пятью винтовыми типами. клеммы для тяжелых условий эксплуатации, которые можно рассматривать как сетевые (линейные) силовые выключатели и могут заменить многие типы электромеханических реле.

Рис. 6.6.3 Полупроводниковое реле MOSFET

Одна из наиболее важных особенностей SSR заключается в том, что оптопара обеспечивает полную электрическую изоляцию между входной цепью малой мощности и выходной цепью высокой мощности. Когда выходной переключатель «разомкнут» (т. Е. Полевые МОП-транзисторы выключены), SSR имеет почти бесконечное сопротивление на своих выходных клеммах и почти нулевое сопротивление при «замкнутом» (то есть полевые МОП-транзисторы). Тем не менее, некоторая мощность будет рассеиваться полупроводниковым переключателем, когда он находится во включенном или выключенном состоянии с переменным или постоянным током.По этой причине для предотвращения перегрева требуются соответствующие радиаторы.

Типичная схема базовой SSR MOSFET показана на рисунке 6.6.3. Ток около 20 мА через светодиод достаточен для активации полевых МОП-транзисторов вместо механических контактов реле. (Инфракрасный) свет от светодиода падает на фотогальванический блок, который содержит несколько фотодиодов. Поскольку один фотодиод будет генерировать только очень низкое напряжение, диоды в фотогальваническом блоке расположены последовательно / параллельно для создания достаточного напряжения для включения полевых МОП-транзисторов.

Рис. 6.6.4 Использование микросхемы реле MOSFET для переключения
AC или DC

На рисунке 6.6.4 представлен базовый пример SSR MOSFET, показывающий, как можно организовать выходы, чтобы позволить SSR переключать нагрузки переменного или постоянного тока. Имеется ряд аналогичных SSR для удовлетворения различных требований к выходному напряжению и току переменного и постоянного тока. Типичным примером является SST PVT412 от International Rectifier (теперь входит в состав Infineon Technologies), выпускаемый в нескольких версиях в виде 6-контактного DIL-пакета и способный заменить однополюсное механическое реле для переключения напряжений переменного или постоянного тока до 400 В (пиковых) с токами до 140 мА переменного тока или 210 мА постоянного тока.Доступны другие микросхемы, которые работают как двухполюсные, нормально замкнутые (NC), нормально разомкнутые (NO) и переключающие реле с широким спектром дополнительных возможностей. SSR также производятся в диапазоне выходных напряжений и номинальных токов, с диапазоном типов упаковки, начиная от небольших компонентов для поверхностного монтажа и заканчивая сложными многополюсными микросхемами и примерами больших мощных токов для монтажа в стойку в электрических шкафах управления. Дополнительную информацию о SSR можно найти, выполнив поиск твердотельных реле на веб-сайтах производителей, таких как Infineon Technologies, или у поставщиков полупроводников, таких как RS Components

Рис.6.6.5 Характеристики безопасности твердотельных реле

SSR Особенности безопасности

SSR состоят в основном из оптопары, приводящей в действие какое-либо мощное коммутационное устройство, такое как силовой триак, MOSFETS или SCR, но поскольку их целью является переключение мощных электрических нагрузок, часто в критических ситуациях безопасности SSR изготавливаются с широким спектром возможностей. , разработанный для обеспечения безопасной и надежной работы. Некоторые из них показаны в схеме, показанной на рис. 6.6.5:

Защита от обратной полярности.Если входные клеммы подключены в неправильной полярности, диод D1 проводит и снижает напряжение на дне R1 до примерно 0,7 В, тем самым спасая светодиод оптопары от повреждения. Обратите внимание, что номинальная мощность диода и резистора ограничения тока R1 должна выдерживать ток обратной полярности при максимальном входном напряжении без повреждения, в противном случае входной предохранитель с соответствующим номиналом может быть вставлен между положительной клеммой входа и резистором ограничения тока.

За текущую защиту.Обычно SSR могут работать в диапазоне входных напряжений постоянного тока, например, от 5 до 24 В. Эти более высокие напряжения могут привести к тому, что ток через светодиод оптопары поднимется выше его требуемого максимума, в этом случае схема защиты от перегрузки по току работает для поддержания подходящего уровня тока через светодиод. R2 — резистор низкого значения для измерения тока; это значение выбрано таким образом, чтобы при нормальных условиях работы Tr1 смещалось чуть ниже порога отсечки, но если ток через входной светодиод оптопары увеличивается из-за чрезмерного входного напряжения, дополнительный ток через R2 заставит Tr1 проводить, отклоняясь часть тока светодиода через Tr1 снижает напряжение на дне R1 и ток через светодиод до безопасного уровня.

Рис. 6.6.6 Подавление переходного напряжения

Диод подавления переходного напряжения (TVS). SSR, используемые в ситуациях управления, могут быть подвержены повреждениям, вызванным внезапными и кратковременными (то есть переходными) скачками напряжения, которые могут быть вызваны внешними событиями, такими как импульсы обратной эдс при переключении индуктивных нагрузок; также удаленные грозовые разряды и другие электромагнитные или электростатические разряды представляют собой высокий риск возникновения полупроводниковых приборов. Такие пики напряжения могут быть очень короткими по длительности, но могут иметь амплитуду в сотни или тысячи вольт, и хотя создаваемый ими ток может быть очень небольшим, напряжение, вызванное такими напряжениями, может вызвать полный отказ в полупроводниковых устройствах, используемых в SSR.Одним из способов уменьшения этих опасных событий является использование диода для подавления переходного напряжения (TVS), подключенного параллельно с чувствительными устройствами, такими как оптопара, как показано на рис. 6.6.5.

Рис. 6.6.6 иллюстрирует действие диода TVS и показывает синусоидальный выход, наложенный на характеристики диода TVS. Двунаправленный TVS-диод работает, скорее, как два последовательных стабилитрона, где при превышении определенного обратного напряжения происходит пробой тока и диод проводит большую нагрузку.Поскольку диод TVS в этом случае является двунаправленным, пробой происходит как в прямом, так и в обратном режимах.

При использовании диод TVS должен иметь напряжение пробоя выше пикового напряжения волны переменного тока, которое составляет 1,414 x V _RMS , поэтому диод TVS с напряжением пробоя примерно в 1,5 раза больше среднеквадратичного напряжения синусоидальной волны обычно используется. Пик напряжения, превышающий этот предел, вызывает сильную проводимость диода, ограничивая его напряжение до напряжения пробоя диода.Заметное различие между стабилитроном и диодом TVS состоит в том, что диод TVS имеет более прочную область соединения, чтобы справиться с внезапным сильным скачком тока во время всплесков. Однако, как только всплеск закончен, диод перестает проводить (кроме небольшого обратного тока утечки) и больше не влияет на выходную волну, пока не возникнут какие-либо дальнейшие всплески. Диоды TVS также доступны в однонаправленных типах, которые также могут использоваться на стороне входа оптопары в SSR с использованием входа постоянного тока, если существует высокий риск возникновения пиков.Однако, поскольку вход постоянного тока обычно питается от сглаженного источника постоянного тока, обычно ожидается, что это минимизирует риск, поэтому использование диодов TVS на входных компонентах редко считается необходимым.

Рис. 6.6.7 RC Snubber Circuits

RC Snubber Circuits. Эти схемы обеспечивают способ уменьшения повреждающего воздействия пиков, возникающих в сети переменного тока, или очень больших и быстрых изменений напряжения, которые могут возникнуть при включении или выключении индуктивной нагрузки (коммутация).В более старых типах симисторов или SCR эта сеть RC (R5 и C1) подключается через выходной симистор или SCR, как показано на Рис. 6.6.5 и Рис. 6.6.7. Его эффект заключается в замедлении быстрого увеличения или уменьшения напряжения во время пика. Использование демпфирующей цепи также может уменьшить радиопомехи, вызванные переключением симистора или SCR. Выбрав подходящую постоянную времени для R5 / C1, конденсатор не успеет зарядиться по мере увеличения пикового напряжения, прежде чем напряжение снова уменьшится и разрядится конденсатор.Таким образом, амплитуда любых быстрых скачков напряжения уменьшается. Типичные значения для R составляли бы от 39 до 100 Ом для R5 и от 22 до 47 нФ для C1. Конденсатор также должен быть импульсного типа, имеющего очень высокое максимальное рабочее напряжение, намного превышающее пиковое значение выходной волны, чтобы учесть дополнительное напряжение, вызванное любыми скачками напряжения. Однако проектирование демпфирующих цепей является более сложным, чем просто выбор типичных значений R и C, и должно учитывать ряд факторов, которые будут уникальными для схемы или компонента, которые демпфер защищает, и для нагрузок, которые может вызывать цепь. ,

Полезное замечание по применению конструкции амортизатора и калькулятора компонентов предоставлено компанией HIQUEL (Высококачественная электроника).

Генераторы

В качестве альтернативы доступны современные триаки, которые также могут называться «альтернисторы» или «альтернаторные триаки», которые гораздо менее подвержены повреждениям или случайным ложным срабатываниям, вызванным быстрыми переходными напряжениями. Несколько производителей полупроводников имеют свои собственные устройства, такие как линейка «Snubberless _TM » от ST Microelectronics или линейка «Hi-Com _TM » от WeEn Semiconductors, которые способны выдерживать скачки напряжения, а также быстро События dV / dt, возникающие во время коммутации (выключения) с индуктивными нагрузками.Внутренняя конструкция этих симисторов отличается от оригинальных типов, что делает их намного лучше при обработке быстрых изменений высокого напряжения, которые могут произойти при отключении индуктивных нагрузок, из-за разности фаз между током и напряжением в индуктивности. В этом случае возможно, что, когда триак отключается, когда ток сети (линии) проходит через ноль вольт, напряжение сети на триаке может достигать своего максимального значения. Хотя такие события в оригинальных конструкциях симистора могут вызвать проблемы с неконтролируемым повторным запуском, в современных конструкциях это значительно сократилось.

Рис. 6.6.8 Действие по пересечению нулевого уровня в ССР

Пересечение нулевого напряжения. Некоторые SSR включают в себя схемы «Zero Crossing» или «Synchronous Switching», которые уменьшают возможность введения быстро меняющихся «пиков» в сеть (линию), обеспечивая, что их выход будет включаться только при прохождении цикла сетевого напряжения через ноль вольт. , Как показано на рис. 6.6.8, если управляющее напряжение запрашивает включение во время цикла напряжения, когда переменное напряжение не проходит через 0 В, действие переключения задерживается до тех пор, пока следующее напряжение не пересекает 0 В в конце текущей половины. цикл.Однако схема пересечения нулевого напряжения не играет никакой роли в отключении выхода; это контролируется действием симистора или SCR, который после включения отключится только тогда, когда выходной ток нагрузки упадет ниже заданного тока удержания симистора или SCR, что он будет делать, когда текущая форма волны проходит через ноль.

Приведенные выше описания функций безопасности предназначены для ознакомления пользователей SSR с некоторыми необходимыми ограничениями безопасности при выборе правильного SSR для любой конкретной операции.Однако этот список не предлагается в качестве исчерпывающего руководства, важность или несущественность любого из этих факторов будет в значительной степени зависеть от предполагаемого использования БСО. Поэтому рекомендуется, особенно при рассмотрении вопроса о безопасной эксплуатации цепей, для получения рекомендаций, относящихся к предполагаемому проекту, многие производители или национальные и международные агентства по безопасности могут с готовностью дать квалифицированные рекомендации относительно пригодности SSR для конкретных применений. Вам также рекомендуется продолжить изучение, перейдя по некоторым рекомендуемым ссылкам внизу этой страницы.

Твердотельное и механическое переключение по сравнению

Твердотельные реле

имеют ряд преимуществ перед электромеханическими реле, некоторые из которых являются очевидными преимуществами, а некоторые могут быть оспорены приверженцами (и производителями) электромеханических реле. Какой тип реле лучше подходит для конкретного приложения, зависит больше от приложения, а не от типа реле. Следовательно, это следует тщательно учитывать при чтении следующих списков.

Преимущества ССР перед электромеханическими реле.

1. Поскольку SSR не имеют индуктивных катушек или подвижных контактов, они не создают электромагнитных помех.
SSR
2. не вызывают потенциально опасного искрения.
3. ССР молчат в работе.
SSR
4. не подвержены механическому износу, поэтому потенциально могут выполнять намного больше операций переключения, чем электромеханические реле (однако любой тип может быть разработан для выполнения большего количества операций, чем требуется в течение срока службы оборудования, в котором они используются).
5. SSR не страдают от отказов контактов.
У SSR
6. время переключения меньше, чем у электромеханических реле.
7. Для переключения переменного тока имеются SSR с пересечением нуля, которые включаются только в момент времени, когда форма сигнала переменного тока проходит через ноль вольт, или близко к нему, что снижает вероятность всплесков напряжения, возникающих, если цепь включается при напряжении переменного тока. в максимуме.
8. SSR могут быть физически меньше, чем сопоставимые типы электромеханических реле.

Недостатки SSR против электромеханических реле.

1. Когда SSR включены, между выходными клеммами имеется измеримое сопротивление, поэтому SSR вырабатывают некоторое количество тепла, а также падение напряжения в состоянии «включено».
2. Когда SSR находятся в выключенном состоянии, на выходе все еще остается небольшой ток обратной утечки. В отличие от электромеханических реле, SSR, следовательно, не являются полностью «включенными» или «выключенными». Поэтому они могут быть не разрешены для использования в соответствии с некоторыми правилами безопасности.
3. Поскольку SSR способны очень быстро (в миллисекундах) включать случайные пики помех в своих входных цепях или внезапные быстрые изменения напряжения на их выходах, что может привести к нежелательному переключению некоторых SCR или симисторов.
4. Отказ SSR обычно вызывает короткое замыкание (включение), тогда как сбой в электромеханическом реле обычно вызывает разрыв цепи (выключение). Из-за этого использование SSR может вызвать некоторую обеспокоенность в критических для безопасности системах.

Дополнительная информация

Твердотельные реле

против электромеханических реле — Замечания по применению Твердотельные патроны США

Как правильно выбрать реле — National Instruments

Технические советы по реле-Crydom Inc.

,Твердотельное реле

(SSR) — Типы реле SSR

Что такое твердотельное реле? Конструкция, эксплуатация, применения и типы реле SSR

В этой статье мы кратко обсудим SSR (твердотельное реле) , его конструкцию, работу, схемы и различные типы реле SSR на основе его свойств переключения и входа. / выходные формы. Мы также обсудим преимущества и недостатки твердотельных реле (SSR) по сравнению с реле электромагнитных реле (EMR) .

Что такое твердотельное реле (SSR)?

Твердотельное реле ( SSR ) — это электронное коммутационное устройство, выполненное из полупроводников , которые переключают (вкл. И выкл.) Цепь высокого напряжения, используя низкое напряжение на своих клеммах управления.

В отличие от электромагнитного реле (EMR), имеющего катушку и механический переключатель (физические контакты), реле SSR использует оптопару для изоляции цепи управления от цепи управления.

Разница между SSR и EMR

Работа SSR (твердотельного реле) и EMR (электромагнитного реле) или контактного реле одинакова, в то время как основное отличие между SSR и EMR состоит в том, что отсутствуют механические части и контакты в реле ССР. Обычно SSR имеет контакт 1a, в то время как EMR имеет несколько контактов.

Другие отличия между твердотельным реле и электромагнитным реле состоят в том, что при работе SSR не возникает помпажа и шума.Существует вероятность утечки тока от нескольких мкА до мА в реле SSR, в то время как значение утечки равно нулю (0) в ЭМИ. С другой стороны, SSR выключает переменные нагрузки в точке тока нагрузки 0, что приводит к устранению шума, отказов контактов и электрической дуги в случае индуктивной нагрузки по сравнению с реле EMR.

Конструкция SSR (твердотельного реле)

Клеммы реле SSR

Реле SSR имеет два набора клемм, т.е. входные клеммы и выходные клеммы.Эти клеммы приведены ниже:

Входные или управляющие клеммы

Эти две клеммы являются входными управляющими клеммами. Он подключен к цепи малой мощности, которая контролирует его переключение.

Клеммы и соединения реле SSR

Управляющий вход реле SSR предназначен для цепи постоянного или переменного тока отдельно.

Выходные нормально разомкнутые (NO) клеммы

Выходные клеммы реле SSR включаются и выключаются в зависимости от входа управления.

Обычно электрическое соединение между этими клеммами остается открытым. Когда реле активируется, эти клеммы соединяются вместе, обеспечивая замкнутый путь.

Выходные клеммы специально предназначены для цепи переменного тока или постоянного тока . В отличие от реле EMR, реле SSR не может коммутировать сигнал переменного и постоянного тока с использованием одних и тех же клемм.

Выходная нормально замкнутая (NC) клемма

Эта клемма реле остается замкнутой до тех пор, пока реле не будет активировано.При срабатывании реле ток отсутствует. Он становится открытым после активации реле.

ПРИМЕЧАНИЕ. Обычно используемые реле SSR не имеют клемм NC (нормально замкнутых). Но реле SSR формы B и формы C (обсуждается ниже) использует терминал NC.

Эксплуатация и работа реле SSR

Когда на входные управляющие клеммы реле SSR подается низкое напряжение, выходные клеммы нагрузки становятся электрически короткими.

Вход реле SSR активирует оптопару, которая переключает цепь нагрузки.Оптопара не имеет физического соединения и изолирует цепь низкого напряжения от цепи высокого напряжения.

Оптрон имеет на своем входе светодиод , который излучает инфракрасного света при подаче напряжения. Эти ИК-волны принимаются фотодатчиком (фототранзистор, фотодиод и т. Д.) На его выходном конце. Фотодатчик преобразует световой сигнал в электрический сигнал и включает цепь.

Чтобы активировать оптопару, ее входное напряжение должно быть больше, чем его прямое напряжение . По этой причине реле SSR не активируются при более низком напряжении, чем указанное напряжение.

Выходная схема реле SSR варьируется для цепей переменного и постоянного тока. Обычно он состоит из тиристоров TRIAC или для цепи AC и силовых полевых МОП-транзисторов для цепи постоянного тока.

Схематическая модель реле SSR

Общая схема работы реле DC / AC SSR со схемой модели приведена ниже:

Применяется вход DC достаточного напряжения на входных клеммах управления.Имеется диод для защиты от обратной полярности приложенного постоянного тока .

Когда напряжение подается на светодиод оптопары, оно излучает инфракрасный свет.

С другой стороны, Opto-TRIAC (приемник) принимает свет и включается. Как только оптрон включается, через него начинает протекать выходной ток AC

В свою очередь, выход этой оптопары активирует TRIAC . Таким образом, разрешается протекание AC Ток нагрузки цепи

Типы реле SSR

Существует различных типов реле SSR (Solid State) .Они классифицируются либо по форме ввода / вывода, либо по свойству переключения.

Классификация на основе входов / выходов

Ниже приведены некоторые из распространенных типов реле SSR, классифицированных на основе их входной и выходной схемы (AC / DC).

Реле постоянного тока переменного тока в постоянный

Это реле работает на входе постоянного тока для переключения цепи нагрузки переменного тока . Управляющий вход этого реле SSR работает только на входе DC .

Тот факт, что это реле не работает на входе AC , объясняется тем, что оптопара работает на DC . Его входные клеммы также являются направленными. Изменение полярности входа не активирует реле. Для защиты от обратной полярности входа используется диод.

Даже после применения требуемого входа, выходной переключатель этого SSR не активируется, но только когда напряжение переменного тока подается на его выходные клеммы.

Ниже приведена схема реле DC-TO-AC SSR.

Related Post: Типы трансформаторов и их применения

Реле SSR AC-AC

Реле SSR работает только в том случае, если обе входные и выходные цепи AC .

Как известно, оптопара работает от напряжения постоянного тока и напряжения . Таким образом, выпрямитель используется перед оптопарой для преобразования AC в DC .

Когда на входную управляющую клемму подается достаточное переменное напряжение, оно активирует подачу тока нагрузки переменного тока .

Схема приведена ниже.

Реле SSR постоянного тока

Это реле может переключать нагрузку постоянного тока высокой мощности с помощью источника постоянного тока малой мощности.

Вход постоянного тока подается на оптопару, как описано в другом примере выше.

Однако для переключения нагрузки постоянного тока используется питание MOSFET или IGBT .

Mosfet проводит ток только в одном направлении, поэтому также необходимо убедиться, что выходная нагрузка подключена с использованием правильной полярности.Защитный диод используется для предотвращения повреждения при обратной полярности.

Если имеется индуктивная нагрузка, то с нагрузкой следует использовать диод свободного хода.

Реле SSR DC-AC / DC

Этот тип реле SSR может переключать нагрузку AC & DC с помощью отдельных клемм.

Реле SSR такого типа использует MOSFET последовательно с общими клеммами источника для переключения цепи AC и DC .

Схема приведена ниже.

Эта схема показывает матрицу фотодиодных ячеек в качестве датчика освещенности, который вырабатывает напряжение при активации светодиода. Это напряжение подается на ворота и источник N-MOSFET , соединенных последовательно.

Чтобы использовать это реле для цепи переменного тока , используются клеммы Drain MOSFET , а клеммы источника не должны использоваться.

При использовании цепи постоянного тока , клеммы MASFET Drain & source используются для коммутации.

Классификация, основанная на свойстве коммутации

Реле SSR

также классифицируются на основе их свойств коммутации , которые приведены ниже.

Эти реле управляют цепями переменного тока и используются для управления желаемыми выходами в конкретном приложении.

Мгновенное включение реле SSR

Реле такого типа мгновенно переключает в цепи нагрузки всякий раз, когда подается достаточное входное напряжение. Он отключается при следующем пересечении нуля напряжения нагрузки после снятия управляющего входа.

Реле SSR с нулевым переключением

Этот тип реле включается, когда подается входное напряжение, и напряжение переменного тока нагрузки пересекает следующее нулевое напряжение.

Выключается, как и обычные реле SSR , когда входное напряжение снимается, а переменное напряжение нагрузки достигает нуля вольт.

Операция для реле переключения нуля достигается с помощью схемы, известной как схема пересечения нуля , которая обнаруживает пересечение нуля и активирует TRIAC .

Пиковое переключение Реле SSR

Эти типы реле SSR включаются, когда выходное переменное напряжение достигает своего следующего пика после подачи требуемого входного управляющего напряжения.

Также отключается после снятия входного напряжения и пересечения нуля выходного переменного тока.

В этих реле используется блок обнаружения пиков, который запускает TRIAC , когда цикл выходного переменного тока достигает своего пика.

Реле SSR с аналоговым переключением

Хотя эти другие типы переключения SSR зависят от цикла выходного переменного тока, переключение этого реле зависит от его входной амплитуды.

Начальное выходное напряжение аналогового реле SSR пропорционально входному управляющему напряжению.

Предположим, что 3-32 В постоянного тока входного реле 3 В представляет 0% , а 32 В представляют 100% пикового напряжения переменного тока нагрузки.

Когда управляющий вход удален, реле выключается при следующем пересечении нуля следующего выхода переменного тока.

Классификация на основе полюсов и броска

SSR-реле классифицируются на три типа или « форм » с учетом их полюсов и конфигурации бросков.

Форма A или SPST NO Тип SSR

Форма A Реле SSR типа — это SPST (однополюсный однополюсный) реле с нормально разомкнутыми ( NO ) клеммами.Клеммы выходной нагрузки обычно открыты, когда отсутствует внешний управляющий вход. Когда реле активируется, выходные клеммы соединяются вместе и пропускают ток.

На схеме ниже показано реле SSR, способное переключать переменный и постоянный ток на отдельные клеммы.

Фотодиодная ячейка используется в качестве приемника света, а улучшающие МОП-транзисторы с общими источниками используются для переключения цепи нагрузки.

Форма B или SPST NC Тип SSR:

Форма B Реле типа SSR имеет нормально замкнутые клеммы нагрузки.Клеммы выходной нагрузки обычно подключены и допускают протекание тока, когда отсутствует управляющий вход. Предоставление управляющего входа откроет клеммы нагрузки и остановит ток.

Этот тип реле использует истощения МОП-транзисторов , которые включаются при нулевом входе и выключаются, когда его Vgs отрицателен.

На приведенной ниже схеме показано реле S SPST NC формы B с использованием полевых МОП-транзисторов.

Форма C или SPDT Тип SSR:

Форма C Реле типа SSR типа имеет две клеммы переключателя.

Существует три клеммы нагрузки, то есть Common, NC & NO .

Когда реле не активно , общая клемма остается подключенной к клемме NC .

Когда реле активирует , общий терминал подключается к терминалу NO .

Схема реле SPDT SSR приведена ниже.

Существует также схема управления , которая предотвращает одновременное включение МОП-транзисторов, обеспечивая временную задержку между переключениями.

Преимущества и недостатки SSR (твердотельных) реле

Преимущества:

• Время переключения SSR намного на быстрее , чем реле EMR (электромеханическое реле).
• У него нет физических контактов .
• Нет проблем с контактами и износом .
• У них более длинный срок службы , чем у реле EMR.
• Реле SSR Выключите при нулевом токе нагрузки переменного тока, который предотвращает любые дуги или электрические шумы .
• Вибрации или Движение не влияет на его работу.
• У него очень низкое энергопотребление по сравнению с реле EMR.
• Реле SSR очень легко управляется логическими цепями ( микроконтроллеров )

Недостатки

• Имеет сложную конструкцию по сравнению с реле ЭМИ
• Существует через свои терминалы нагрузки.
• Имеет ток утечки в течение в выключенном состоянии .
• SSR реле рассеивают слишком много тепла .
• Он не может переключать низкого напряжения по сравнению с реле EMR.
• SSR реле переключения зависит от напряжения контролируемой цепи.

Похожие сообщения: Типы микросхем. Классификация интегральных микросхем и их ограничения

Применение SSR ( Solid State) Реле

Ниже приведены общие применения твердотельных реле в области электротехники и электроники.

• Обычно реле SSR используются для целей переключения, т. Е. Управления ВКЛ / ВЫКЛ питания переменного тока.
• Используется для управления мощностью, т. Е. Для управления скоростью двигателя, затемнения освещения и вентилятора, переключения мощности и т. Д.
• Они также используются для управления электрическими нагревателями для контроля температуры.
• SSR кабина может использоваться в качестве защелки, что полезно в случае чайников.
• В линиях связи реле SSR фотопары используются для устранения протекающего через него тока возбуждения реле.
• Твердотельные реле в основном используются при переключении с высокой нагрузкой.

.

No related posts.