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

Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Твердотельное реле (ТТР) – прибор из серии электронных компонентов немеханического действия. Отсутствие механики открывает больше возможностей любителям электроники сделать твердотельное реле своими руками для личного пользования.

Рассмотрим такую возможность подробнее.

Содержание статьи:

Содержание

Конструкция и принцип действия ТТР

Если большая часть подобной электроники традиционно содержит подвижные детали контактных групп, твердотельное реле таких деталей не имеет совсем. Коммутация цепи схемой устройства осуществляется по принципу электронного ключа. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники – силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.

Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования.

Твердотельные релеТвердотельные реле

Промышленным производством выпускаются реле твердотельные различной конфигурации, предназначенные под самые разные условия практического применения. Выбор модификаций обширный

В рамках плотного изучения прибора сразу же следует выделить преимущественные стороны ТТР:

  • коммутация мощной нагрузки;
  • высокая скорость переключения;
  • идеальная гальваническая развязка;
  • способность кратковременно держать высокие перегрузки.

Среди механических конструкций найти реле с подобными параметрами реально не представляется возможным. Вообще, преимущества относительно механических собратьев у твердотельных реле выражаются внушительным списком.

Твердотельное и механическое реле
Твердотельное и механическое реле

Два электронных прибора, функционально обеспечивающих коммутацию цепей: слева сделан на основе твердотельной конструкции, справа – традиционная механическая система переключения

Условия эксплуатации для ТТР практически не ограничивают применение этих устройств. К тому же отсутствие подвижных механических деталей благоприятно сказывается на продолжительности службы приборов. Так что есть все основания, чтобы заняться твердотельным реле – собрать устройство своими руками.

Однако, справедливости ради, наряду с положительными моментами следует отметить свойства реле, характеризуемые как недостатки. Так, для эксплуатации мощных приборов, как правило, требуется дополнительный компонент конструкции, который предназначен отводить тепло.

Твердотельные реле на радиаторахТвердотельные реле на радиаторах

На случай коммутации мощной нагрузки реле твердотельного исполнения практически всегда дополняются мощными радиаторами охлаждения. Этот момент несколько усложняет применение ТТР

Радиаторы охлаждения твердотельных реле имеют габаритные размеры в несколько раз превосходящие габариты ТТР, что снижает удобство и рациональность монтажа.

Приборы ТТР в процессе эксплуатации (в закрытом состоянии) дают обратный ток утечки и показывают нелинейную вольт-амперную характеристику. Не все твердотельные реле допустимо использовать без ограничений в характеристиках коммутируемых напряжений.

Твердотельное реле постоянного токаТвердотельное реле постоянного тока

Конструкция для применения только в схемах, где питание осуществляется постоянным током. Обычно эти приборы отличают малые габариты и небольшая мощность коммутации

Отдельные виды устройств предназначены коммутировать только постоянный ток. Внедрение твердотельных реле в схему обычно требует обращения к дополнительным мерам, направленным на блокировку ложных срабатываний.

Твердотельные реле часто можно встретить в общем .

Как работает твердотельное реле?

Управляющий сигнал (обычно напряжение низкого уровня, исходящее, к примеру, от контроллера управления) подаётся на светодиод оптоэлектронной пары, присутствующей в схеме ТТР. Светодиод начинает излучать свет в сторону фотодиода, который в свою очередь открывается и начинает пропускать ток.

Схема твердотельного релеСхема твердотельного реле

Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 – источник напряжения управления; 2 – оптопара внутри корпуса реле; 3 – источник тока нагрузки; 4 – нагрузка

Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Ключ открывается, замыкает цепь нагрузки.

Так работает функция коммутации прибора. Вся электроника традиционно заключена в монолитный корпус. Собственно, поэтому устройство и получило название твердотельного реле.

А о том, как подключить твердотельное реле можно прочесть в .

Разновидности твердотельных переключателей

Весь существующий ассортимент приборов условно можно разделить по группам, исходя из категории подключаемой нагрузки, особенностей контроля и коммутации напряжений.

Таким образом, в общей сложности наберётся три группы:

  1. Устройства, действующие в цепях постоянного тока.
  2. Устройства, действующие в цепях переменного тока.
  3. Универсальные конструкции.

Первая группа представлена приборами с параметрами рабочих управляющих напряжений  3 – 32 вольта. Это относительно малогабаритная электроника, наделённая светодиодной индикацией, способная функционировать без перебоев при температурах -35 / +75 ºС.

Однофазное твердотельное релеОднофазное твердотельное реле

Широко распространённое исполнение электронного прибора для применения в однофазной электрической сети. Также встречаются иные варианты конструкций, но значительно реже

Вторая группа – устройства, предназначенные под установку в сетях переменного напряжения. Здесь представлены конструкции ТТР для установки в сетях переменного тока, управляемые напряжением 24 – 250 вольт. Есть устройства, способные коммутировать нагрузку высокой мощности.

Третья группа – приборы универсального назначения. Схемотехника этого вида устройств поддерживает ручную настройку на использование в тех или иных условиях.

Если отталкиваться от характера подключаемой нагрузки, следует выделить два вида твердотельных реле переменного тока: однофазные и трёхфазные. Оба вида рассчитаны на коммутацию достаточно мощной нагрузки при токах 10 – 75 А. При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины 500 А.

Трёхфазное твердотельное релеТрёхфазное твердотельное реле

Широко распространённый вариант исполнения для применения в трёхфазной электрической сети. Часто используется в качестве линейного регулятора мощных электрических нагревателей (ТЭН)

В качестве нагрузки, коммутируемой твердотельными реле, могут выступать ёмкостные, резистивные, индукционные цепи. Конструкции переключателей позволяют без лишнего шума, плавно управлять, к примеру, нагревательными элементами, лампами накаливания, электродвигателями.

Надёжность работы в достаточной степени высока. Но во многом стабильность и долговечность твердотельных реле зависит от качества производства изделий. Так, устройства, выпускаемые под некой торговой маркой «Impuls», часто отмечаются непродолжительным сроком службы.

С другой стороны, изделия фирмы «Schneider Electric» не оставляют повода для критики.

Как сделать ТТР своими руками?

Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

Реле ТТР своими рукамиРеле ТТР своими руками

Вот такой выглядит самодельная конструкция твердотельного реле. Сделать нечто подобное несложно. Нужны лишь базовые навыки электронщика и электрика. Материальные затраты небольшие

Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

Электронные компоненты для сборки схемы

Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

  1. Оптопара типа МОС3083.
  2. Симистор типа ВТ139-800.
  3. Транзистор серии КТ209.
  4. Резисторы, стабилитрон, светодиод.

Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

Принципиальная схема реле ТТРПринципиальная схема реле ТТР

Принципиальная схема маломощного твердотельного реле для сборки своими руками. Небольшое количество деталей и простой навесной монтаж позволяют спаять схему без труда

Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

Проверка собранной схемы на работоспособность

Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

Проверка реле тестеромПроверка реле тестером

Проверка работоспособности твердотельного реле с помощью измерительного прибора. Если на вход устройства подано управляющее напряжение, переход симистора должен быть открыт

Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

Устройство монолитного корпуса

Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

Изготовление корпуса релеИзготовление корпуса реле

Каркас под заливку корпуса будущего прибора. Делается из картонной полосы или других подходящих материалов. На алюминиевой подложке закрепляется универсальным клеем

Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

Посадка симистора на основаниеПосадка симистора на основание

Закрепление симистора на алюминиевой подложке. Главное условие – этот электронный компонент необходимо плотно прижать к металлическому основанию. Только так обеспечивается качественный теплоотвод и надёжность работы

Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

Крепление ключевого элементаКрепление ключевого элемента

Вариант крепления симистора к подложке при помощи клёпки. С обратной стороны клёпка расплющивается заподлицо с поверхностью подложки

Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

Приготовление компаунда и заливка корпуса

Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

  1. Эпоксидная смола без отвердителя.
  2. Порошок алебастра.

Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

Залитый компаундом корпус релеЗалитый компаундом корпус реле

Так выглядит готовый экземпляр твердотельного реле, собранного своими руками. Несколько необычно и не очень презентабельно, но достаточно надёжно

Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик показывает, как и на базе каких электронных компонентов можно сделать твердотельное реле. Автор доходчиво рассказывает обо всех деталях практики изготовления, с какими он столкнулся лично в процессе производства электронного коммутатора:

Видео о проблеме, с которой можно столкнуться после приобретения однофазного ТТР у продавцов из Китая. Попутно проводит своеобразный обзор устройства прибора коммутации:

Самостоятельное изготовление твердотельных реле – вполне возможное решение, но применительно к изделиям под низковольтную нагрузку, потребляющую относительно малую мощность.

Более мощные и высоковольтные приборы сделать своими руками сложно. Да и обойдётся эта затея по финансам в такую же сумму, какой оценивается заводской экземпляр. Так что в случае надобности проще купить готовый прибор промышленного изготовления.

Если у вас появились вопросы по сборке твердотельного реле, пожалуйста, задайте их в блоке с комментариями, а мы постараемся дать на них предельно понятный ответ. Там же можно поделиться опытом самостоятельного изготовления реле или сообщить ценную информацию по теме статьи.

Твердотельное реле своими руками

В последнее время набрали популярность твёрдотельные реле. Для очень многих устройств силовой электроники твёрдотельные реле стали просто необходимы. Их преимущество в несоизмеримо большем количестве срабатываний, по сравнению с электромагнитными реле и большой скоростью переключений. С возможностью подключения нагрузки в момент перехода напряжения через ноль, тем самым избегая тяжёлых пусковых токов. В некоторых случаях их герметичность тоже играет свою положительную роль, но одновременно лишая владельца такого реле преимущества в возможности ремонта с заменой некоторых деталей. Твёрдотельное реле, в случае выхода из строя, не ремонтируется и подлежит замене целиком, это его отрицательное качество. Цены на такие реле несколько кусаются, и получается расточительно.
Попробуем вместе сделать твёрдотельное реле своими руками с сохранением всех положительных качеств, но, не заливая схему смолой или герметиком, чтобы иметь возможность ремонта, в случае выхода из строя.
Твёрдотельное реле своими руками

Схема


Посмотрим схему этого очень полезного и нужного устройства.
Твёрдотельное реле своими руками
Основу схемы составляют силовой симистор Т1 — BT138-800 на 16 Ампер и управляющий им оптрон МОС3063. На схеме выделены чёрным цветом проводники, которые нужно проложить медным проводом повышенного сечения, в зависимости от планируемой нагрузки.
Управление светодиодом оптрона мне удобнее запитать от 220 Вольт, а можно от 12 или 5 Вольт, кому как нужно.
Твёрдотельное реле своими руками
Для управления от 5 Вольт, нужно гасящий резистор 630 Ом поменять на 360 Ом, остальное всё одинаково.
Номиналы деталей рассчитаны на МОС3063, если примените другой оптрон, то номиналы нужно пересчитать.
Варистор R7 защищает схему от бросков напряжения.
Цепочку индикаторного светодиода можно совсем убрать, но с ней получается нагляднее, что аппарат работает.
Резисторы R4, R5 и конденсаторы C3, C4 служат для предотвращения выхода из строя симистора, их номиналы рассчитаны на ток не выше 10 Ампер. Если потребуется реле на большую нагрузку, то номиналы нужно пересчитывать.
Радиатор охлаждения для симистора впрямую зависит от нагрузки на него. При мощности триста Ватт, радиатор не нужен вовсе, и соответственно – чем больше нагрузка, тем больше площадь радиатора. Чем меньше будет симистор перегреваться, тем дольше проработает и поэтому даже кулер охлаждения не будет лишним.
Если вы планируете управлять повышенной мощностью, то наилучшим выходом будет поставить симистор большей мощности, например, ВТА41, который рассчитан на 40 Ампер, или подобный ему. Номиналы деталей подойдут без пересчёта.

Детали и корпус


Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Нам потребуется:
  • F1 — предохранитель на 100 мА.
  • S1 — любой маломощный переключатель.
  • C1 – конденсатор 0.063 мкФ 630 Вольт.
  • C2 – 10 — 100 мкФ 25 Вольт.
  • C3 – 2.7 нФ 50 Вольт.
  • C4 – 0.047 мкФ 630 Вольт.
  • R1 – 470 кОм 0.25 Ватт.
  • R2 – 100 Ом 0.25 Ватт.
  • R3 – 330 Ом 0.5 Ватт.
  • R4 – 470 Ом 2 Ватта.
  • R5 – 47 Ом 5 Ватт.
  • R6 – 470 кОм 0.25 Ватт.
  • R7 – варистор TVR12471, или подобный.
  • R8 – нагрузка.
  • D1 – любой диодный мост на напряжение не менее 600 Вольт, или собрать из четырёх отдельных диодов, например — 1N4007.
  • D2 – стабилитрон на 6.2 Вольта.
  • D3 – диод 1N4007.
  • T1 – симистор ВТ138-800.
  • LED1 – любой сигнальный светодиод.

Изготовление твердотельного реле


Сначала намечаем размещение радиатора, макетной платы и прочих деталей в корпусе и закрепляем их на места.
Твердотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Симистор нужно изолировать от радиатора охлаждения специальной теплопроводной пластиной с применением теплопроводной пасты. Паста должна слегка вылезти из-под симистора при закручивании крепёжного винта.
Твёрдотельное реле своими руками
Далее размещаем следующие детали в соответствии со схемой и припаиваем их.
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Припаиваем провода для подключения питания и нагрузки.
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Помещаем устройство в корпус, предварительно испытав его при минимальной нагрузке.
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Твёрдотельное реле своими руками
Испытание прошло успешно.

Смотрите видео


Смотрите видео испытания устройства совместно с цифровым регулятором температуры.

Простое твердотельное реле своими руками

Твердотельное реле, представляющее собой мощный тиристорный (симисторный) электронный ключ удобнее, надежнее, имеет значительно больший ресурс и работает бесшумно, по сравнению с традиционными электромагнитными реле. Такой ключ-реле не имеет подвижных частей, искрящих-пригорающих-изнашивающихся контактов. Не трудно сделать (даже в кустарных условиях) такое электронное реле любой мыслимой степени защиты (пыль, влажность, агрессивные среды). В большинстве случаев электронные ключи-реле с успехом применяются для коммутации нагрузки на переменном токе в строящихся приборах и аппаратах, модернизируя или ремонтируя старые приборы (применяя мощные электронные ключи) улучшаем их характеристики. Например, выход из строя примененных в множестве бытовой техники механических термостатов с биметаллическими изгибающимися контактами – очень частая причина поломок. Применив подобный электронный ключ мы разгружаем контактную группу штатного механического термостата, колоссально повышая его ресурс.

Здесь, реле-электронный ключ предназначено для управления электрическими нагревателями-спиралями в специальной печи небольшой мощности. Твердотельное реле управляется температурным контроллером имеющим специальный выход. Для сопряжения с контроллером применен транзисторный каскад. В целом, схема исполнительной части повторяет [1], отличаясь исполнением. Здесь, в качестве ключей применены симисторы в корпусах ТОР-3, что позволило сделать сборку вполне компактной.

Простое твердотельное реле своими руками

Принципиальная схема твердотельного реле на симисторе. Здесь применен симистор ВТА-41, транзистор КТ315. Симисторная оптопара – МОС3020 (ток включения светодиода 30 мА). Цепочка С1, R3 предназначена для улучшения динамических характеристик симистора, меньшее из диапазона сопротивлений соответствует резистивной нагрузке ключа, большее – индуктивной. Резистор греется, лучше подобрать керамический, мощностью не менее 5 Вт. При необходимости, ключ может быть применен и для ручного включения, подобно [2], в этом случае транзисторный каскад удаляется, а на светодиод подается питание от маломощного сетевого блока. Такую схему исполнительного устройства можно применить и для контроллеров, не оснащенных специальным (для твердотельных реле) выходом. Достаточно, чтобы устройство управления имело обычный релейный выход, пусть и слабый. Нормально разомкнутую группу контактов штатного реле, следует при этом включить в разрыв питания светодиода.

В качестве радиаторов для симисторного ключа применены алюминиевые корпуса от отслуживших свой срок жестких дисков персонального компьютера. Они оказались вполне удобны для такого применения – преотлично нашлось место для крепления симистора, хорошо поместились и все детали высоковольтной части. Размер корпуса у HDD стандартен, имеются отверстия с нарезкой для специальных коротких саморезов. В ряде случаев, очень удобно применять и металлический корпус от старого системного блока. Модули симисторных ключей при этом монтируются на штатные места в специальную «корзину». Узко-высокий корпус-башню лучше проектировать для ее горизонтального положения, при этом все радиаторы с ключами внутри будут расположены вертикально, для нормального естественного охлаждения (не забыть про вентиляционные отверстия). Либо применять обдув и контроль температуры.

Мой блок управления будет трехфазным, это усложнит схему и увеличит громоздкость блока управления, зато втрое снизит проходящие токи, равномерно распределит греющиеся элементы (симисторы, элементы снабберов) и позволит задействовать пусть и перекошенную, но трехфазную деревенскую сеть.

Что понадобилось для работы.

Набор инструмента для электромонтажа, паяльник средней мощности (40…60 Вт) с принадлежностями, мультиметр, фен строительный или специальный для работы с термотрубками.


Набор инструмента для некрупных слесарных работ, ножницы по металлу, электрическая дрель или шуруповерт, набор сверл.

Материалы – отслужившие HDD, потребные радиоэлементы, крепеж, провод, мелочи

В своем электрическом хламе подобрал три гарантированно ненужных жестких диска, удалил платы контроллеров и механическую часть, оставил только крашеный порошковой краской алюминиевый поддон. В одном из вариантов HDD мотор дисков оказался насмерть запрессованным, оставил как есть, он не помешает.

Простое твердотельное реле своими руками

Разметил места креплений для крупных элементов. Керамический 10 Вт резистор снаббера закрепил жестяной обоймой вырезанной из банки от сгущенного молока (съесть, отмыть, высушить, отрезать торцы, выровнять). Обоймы с резисторами закрепил винтиками М3 (+гайки-шайбы-стопоры).

Простое твердотельное реле своими руками

Симисторы в выбранном месте прижал планками из нетонкого текстолита. Те же винтики М3 со всем сопутствующим, симистор изолировал от радиатора пластинкой из тонкой слюды. Под пластинку и под симистор плюхнул немного теплопроводящей пасты.

Простое твердотельное реле своими руками

Весь электромонтаж велся короткими жесткими проводами – толстой медной луженой проволокой изолированной термотрубкой. Схема несложная, хватило выводов механически закрепленных элементов. Для более удобного подключения нагрузки, сделал от ножек симистора короткие проволочные выводы, сигнал управления подключается к выводам торчащей оптопары. Чтобы не путаться, незадействованный вывод откусил.

Простое твердотельное реле своими руками

Испытания нагрузкой показали, что железка при работе с 2 кВт нагрузкой нагревается незначительно. Вместо сигнала управления зажигал светодиод оптопары от регулируемого БП, установив ток защиты 10 мА.

Простое твердотельное реле своими руками
Простое твердотельное реле своими руками

После проверки работоспособности каждого ключа, собрал трехфазный макет. Все три светодиода оптопар ключей (МОС3022, ток включения светодиода 10 мА) включены параллельно к одному транзисторному каскаду. Такое включение не рекомендуется – сложно достичь полной синхронности работы из-за неравенства, неидентичности оптопар. Мне пришлось применить оптопары имеющиеся. Из их большого количества отобрал три с одинаковыми измеренными параметрами светодиодов. Кроме того, возможной несинхронностью включения нагревателей в печи вполне можно пренебречь. Собственно, даже отказ одного из нагревателей скомпенсирует термоконтроллер.

Простое твердотельное реле своими руками

Согласующий транзисторный каскад собран на отдельной некрупной платке и снабжен специальными проволочными выводами для винтовых клемм контроллера. Для уменьшения возни с травлением платку спроектировал так, чтобы границы между широкими контактными площадками легко и удобно прорезать бормашиной.

Простое твердотельное реле своими руками

Контроллер для испытаний применил из временного состава миниатюрной печи для фьюзинга.

Простое твердотельное реле своими руками

В качестве нагрузки-индикатора включил три 60 Вт лампы накаливания. Чтобы ничего не замкнуло в самый неподходящий момент, смонтировал все крупные элементы на живую нитку на куске ДСП. Пришлось к рабочему столу протянуть и все три фазы. Все отлично, все три включаются синхронно и надежно.

Babay Mazay, март, 2020 г.


Литература

1. Самодельное твердотельное реле, блок управления муфельной печью.
2. Трехфазное твердотельное реле на 40 А.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Схема твердотельного реле — РАДИОСХЕМЫ

Современная электротехника и радиоэлектроника всё больше отказывается от механических узлов, имеющих значительные размеры и подверженных быстрому износу. Одной из областей, где это проявляется сильнее всего, являются электромагнитные реле. Все прекрасно понимают, что даже самое дорогое реле, с платиновыми контактами, рано или поздно выйдет из строя. Да и щелчки при переключении могут напрягать. Поэтому промышленность наладила активный выпуск специальных твердотельных реле.

 

Такие твердотельные реле могут использоваться практически везде, однако в настоящее время они пока ещё остаются очень дорогими. Поэтому имеет смысл собрать его самому. Тем более их схемы просты и понятны. Твердотельное реле работает как стандартное механическое реле — вы можете использовать низкое напряжение для переключения более высокого напряжения.

Схема твердотельного реле

Схема твердотельного реле

Пока на входе не присутствует напряжение постоянного тока (в левой части схемы), фототранзистор TIL111 открыт. Чтобы повысить защищённость от ложных срабатываний, база TIL111 подается эмиттер через 1М резистор. На базе транзистора BC547B будет высокий потенциал и, таким образом, он остается открытым. Коллектор замыкает управляющий электрод тиристора TIC106M на минус, и он остается в закрытом положении. Через выпрямительный диодный мост ток не проходит и нагрузка отключена.

При определенном входном напряжении, скажем, 5 вольт, диод внутри TIL111 загорается и активирует фототранзистор. Происходит закрытие транзистора BC547B и отпирание тиристора. Это создает достаточно большое падение напряжения на резисторе 330 Ом для переключения симистора TIC226 во включенное положение. Падение напряжение на симисторе в тот момент всего несколько вольт, так что практически всё напряжение переменного тока течёт через нагрузку. 

Симистор защищен от импульсов через 100 нФ конденсатор и 47 ом резистор. Чтобы создать возможность устойчивого переключения твердотельного реле с различными управляющими напряжениями, был добавлен полевой транзистор BF256A. Он действует как источник тока. Диод 1N4148 установлен, чтобы защитить цепь в случае неправильной полярности. Эта схема может быть использована в различных устройствах, с мощностью до 1,5 КВт, конечно если вы установите тиристор на большой радиатор.

Твердотельное Реле Схема Принципиальная — tokzamer.ru

Для проверки открытия симистора необходимо использовать мегомметр. Это устройство бывает двух видов: внутреннего и внешнего.


Описание В отличие от электромеханических реле EMR , которые используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты для управления и переключения питания, твердотельное реле или SSR не имеет движущихся частей, но вместо этого использует электрические и оптические свойства полупроводниковых полупроводников, выполняет его вход в функции изоляции и переключения выхода. Между цепями управления и нагрузкой качественная изоляция.

Однако твердотельные реле с очень высоким номинальным током плюс А все еще слишком дороги для покупки из-за их требований к силовым полупроводникам и теплоотдаче, и, как таковые, все еще используются более дешевые электромеханические контакторы.
Пару слов о твердотельных реле.

В этом примере подойдет любое предпочтительное значение резистора между Ом и Ом. С помощью триггерной цепи обрабатывается входной сигнал и происходит его переключение на выход.

Оно подобно диммеру умеет регулировать мощность нагрузки выходное напряжение , для этого на вход подают аналоговый сигнал — напряжение, ток или подключают переменное сопротивление.

Их главный плюс — практически полное отсутствие э-м помех, малый показатель шума при работе, экономия в плане потребления электричества и оперативность самой работы. С его помощью происходит притягивание контактов.

Отличия несущественные, на работу не влияют никак.

Однако порт цифрового выхода микроконтроллера может выдавать максимум 30 мА. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники — силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.

ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ ? ОШИБОЧКА ОДНАКО 🙂

Преимущества и недостатки

Для изготовления твердотельного реле можно использовать цепочки, состоящие из схемы управления и симистора. Чтобы улучшить процесс отвода тепла, следует использовать термопасту, разместив ее на всей площади контакта алюминиевого основания и полупроводникового элемента. Это связано с тем, что твердотельные реле переключения переменного тока используют SCR и триак в качестве выходного переключающего устройства, которое продолжает проводить после удаления входного сигнала до тех пор, пока переменный ток, протекающий через устройство, не опустится ниже своего порогового значения или не сохранит значение тока. Подходит для управления резистивной, емкостной и индуктивной нагрузкой.


В данном случае необходимо подобрать источник с мощностью достаточной для включения всей группы реле.

Но если токи высокие, будет происходить сильный нагрев элементов.

Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования. Схема для подключения реле Все полупроводниковые устройства такого рода поделены на участки, среди которых: входная часть, оптическая развязка, триггер, а также цепи переключения и защиты.

При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины А.

Переключение происходит с высокой скоростью. Заливка компаундом Преимущества и недостатки В отличие от других типов реле, твердотельное лишено подвижных контактов.

Выходная цепь большинства стандартных твердотельных реле сконфигурирована для выполнения только одного типа переключающего действия, дающего эквивалент нормально разомкнутого однополюсного однополюсного SPST-NO режима работы электромеханического реле. Опто-триачный изолятор MOC имеет те же характеристики, но со встроенным обнаружением пересечения нуля, позволяющим нагрузке получать полную мощность без больших пусковых токов при переключении индуктивных нагрузок.
лекция 357 Твердотельное реле

Особенности процесса изготовления

Нагрузка нагревательного элемента составляет Вт.


Вход — это первичная цепь, в которой устанавливается постоянное сопротивление.

В обычных для приведения какой-либо электрический механизм в действие используются контакты, которые периодически замыкаются и размыкаются.

Выходная мощность порядка Вт. Здесь в схеме два варианта входа: ввод управления напрямую к диоду оптрона и входной сигнал подающийся через транзистор. Коммутация электроцепей в этом приборе выполняется по принципу электронного ключа, выполненного на полупроводниках.

Рекомендации о выборе кулеров приводятся в технической документации на конкретное твердотельное реле, поэтому давать универсальные советы нельзя. Соблюдая определенный ряд условий, твердотельные реле можно использовать для пуска асинхронных двигателей.

Похожие записи


Поэтому существует максимально возможная задержка выключения между удалением входного сигнала и отключением тока нагрузки в один полупериод. Между цепями управления и нагрузкой качественная изоляция. Эти реле, работающие бесшумно, являются хорошей заменой контакторам и пускателям. Такой же принцип регулировки используется в бытовых диммерах для освещения. Когда сигнал входного напряжения постоянного тока удаляется, выход не отключается внезапно, так как после срабатывания проводимости тиристор или триак, используемый в качестве переключающего устройства, остается включенным в течение оставшейся части полупериода, пока токи нагрузки не упадут ниже удерживающих устройств тока, в этот момент он выключается.

Видео: тестирование твердотельного реле. Нужно выделить такие свойства твердотельных реле: При помощи оптической развязки обеспечивается изоляция различных цепей электронного устройства. В твердотельных моделях эту роль выполняют тиристоры, транзисторы и симисторы.

С его помощью происходит притягивание контактов. Защита может находиться как внутри корпуса реле, так и отдельно. Обратите внимание на то, что у симисторов выводы обычно неоднозначно определяются, поэтому их нужно заранее проверить. Чтобы подать силу напряжения на нагрузку используется цепь переключающего типа, которая включает транзистор, кремниевый диод и симистор. В этом примере подойдет любое предпочтительное значение резистора между Ом и Ом.
Твердотельное реле вместо контактора.

Виды устройств

Для корректной работы твердотельного реле при маленьких токах нагрузки соизмеримых с током утечки необходимо устанавливать шунтирующее сопротивление параллельно нагрузке. В соотношении с методом коммукации выделяют: устройства, выполняющие нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции; реле со случайным или мгновенным включением, используются в том случае, когда требуется мгновенное срабатывание; реле с наличием фазового управления, позволяют производить настройку нагревательных элементов, ламп накаливания.

Остальное наглядно демонстрирует схема: Схема включения твердотельного реле Характеристики Естественно, у каждой фирмы, предлагающей такие приборы, свои параметры и модели. А теперь давайте рассмотрим более детально процесс изготовления устройства.

Параметры мощности — от 3 до 32 Вт.

Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 — источник напряжения управления; 2 — оптопара внутри корпуса реле; 3 — источник тока нагрузки; 4 — нагрузка Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Чтобы избежать возникновения перенапряжений при использовании реле, следует обязательно приобрести варистор или предохранитель быстрого действия. Выбор и покупка твердотельного реле Чтобы купить твердотельное реле, следует обратиться в специализированный магазин электроники, в котором опытные специалисты помогут подобрать устройство, в соотношении с необходимой мощностью.

Характеристики твердотельного реле

Сначала давайте рассмотрим входные характеристики оптоизолятора MOC доступны другие опто-триаки. В устройствах которые работают при переменном токе это тиристор или симистор, а для приборов с постоянным током — транзистор. От типа и особенностей развязки зависят общие конечные характеристики прибора и особенности его работы.

Отличия несущественные, на работу не влияют никак. Высокий уровень быстродействия позволяет избежать дребезга контактов во время работы устройства.

Комментарии

Таким образом, при использовании ТТР следует обращать внимание на характеристики переключаемых напряжений. Такие схемы отличаются высокой сложностью и лучше купить готовый прибор. Остальное наглядно демонстрирует схема: Схема включения твердотельного реле Характеристики Естественно, у каждой фирмы, предлагающей такие приборы, свои параметры и модели. Например, во время эксплуатации мощных устройств возникает необходимость в применении дополнительного элемента для отвода тепловой энергии.

Проверим это на практике, допустим вы столкнулись с таким изделием как на рисунке ниже, и хотите узнать, что оно собой представляет. Охлаждение Еще одним немаловажным фактором для надежной работы твердотельных реле является его рабочая температура. В его конструкции имеются силовые ключи на симисторах, тиристорах или транзисторах.
Твёрдотельное реле. Что это такое и как работает? Испытание на практике

Твердотельное реле своими руками: схема

Изготовить твердотельное реле своими руками под силу даже начинающему радиолюбителю. Ничего сложного в конструкции этого устройства нет, но разобраться со схемотехникой, особенностями применения и подключения, все же нужно. Твердотельное реле – это элемент, изготовленный на основе полупроводников. В его конструкции имеются силовые ключи на симисторах, тиристорах или транзисторах. Эти реле, работающие бесшумно, являются хорошей заменой контакторам и пускателям. С их помощью устройства подключаются более надежно и безопасно.

Простая схема реле

В силовой электронике часто возникает необходимость использовать одно- или 3 х-фазное твердотельное реле. Своими руками изготовить это устройство можно по одной из схем, представленных в статье.

Внешний вид твердотельного реле

Преимущество твердотельного реле перед механическими контакторами очевидно – у них ресурс намного выше. И это из-за того, что в них нет ни одного механического компонента, а именно они являются наиболее уязвимыми.

Для изготовления твердотельного реле можно использовать цепочки, состоящие из схемы управления и симистора. Гальваническую развязку осуществляет симисторная оптопара. В схеме используются такие элементы:

  1. Оптопара типа МОС3083.
  2. Симистор марки ВТ139-800 16А с изолированным анодом.
  3. Ограничивающий резистор, который снижает ток, проходящий через светодиод.
  4. Светодиод для индикации работы устройства.
  5. К управляющему электроду симистора подключается резистор 160 Ом.

А теперь давайте рассмотрим более детально процесс изготовления устройства.

Особенности процесса изготовления

Рекомендуется заключать все элементы схемы в металлический корпус, чтобы охлаждение происходило намного лучше. Для надежности нужно заливать короб при помощи клеевого пистолета. Главное при работе – это правильно подобрать металлическую подложку, чтобы обеспечить наилучшее отведение тепла. Для изготовления используется опалубка, в которую заключается твердотельное реле постоянного тока. Своими руками ее изготовить можно из любого материала.

Идеально подойдет пластиковая коробка или отрезок трубы. Все зависит от того, какой размер у изделия. Металлическая подложка должна размещаться в этой опалубке. Тщательно нужно залить клеем все элементы схемы, отверстия в корпусе, чтобы обеспечить качественную изоляцию. Обратите внимание на то, что у симисторов выводы обычно неоднозначно определяются, поэтому их нужно заранее проверить. Для проверки открытия симистора необходимо использовать мегомметр. Как только симистор откроется, сопротивление изменится от нескольких десятков мегаом до 1-2 кОм.

Особенности устройства твердотельного реле

Независимо от того, какой производитель твердотельного реле, элементная база у него постоянна – в редких случаях можно найти незначительные различия. На входе обычно устанавливается резистор, соединяется он последовательно с оптическим устройством. Иногда сопротивление изготавливается по сложной конструкции, в которую включается защита от обратной полярности и регулятор тока. Нужно выделить такие свойства твердотельных реле:

  1. При помощи оптической развязки обеспечивается изоляция различных цепей электронного устройства.
  2. При помощи переключающей цепи удается осуществить подачу на нагрузку питающего напряжения.
  3. С помощью триггерной цепи обрабатывается входной сигнал и происходит его переключение на выход.

Промышленный образец Siemens V23103-S2232-B302

Схема твердотельного приведена на рисунке:

Схема твердотельного реле производства Сименс

По этой схеме своими руками твердотельное реле можно довольно быстро изготовить, трудностей при этом не возникнет. Главное – это найти необходимые компоненты или аналоги. Защита может находиться как внутри корпуса реле, так и отдельно. Теперь нужно рассмотреть дополнительные устройства, которые необходимо использовать совместно с реле.

Особенности защитной цепи

Как видите, трудностей при изготовлении нет никаких. Если сомневаетесь в своих силах, то лучше, конечно, приобрести промышленный образец устройства. Можно выделить ключевые особенности самодельных реле:

  1. Управляющее напряжение – 3..30 В, ток постоянный.
  2. К выходу допускается подключать источники напряжением 115..280 В.
  3. Выходная мощность порядка 400 Вт.
  4. Минимальный ток, при котором работает устройство, составляет около 50 мА.

Если устройство используется для коммутации низких токов (до 2 А), то нет необходимости устанавливать радиатор. Но если токи высокие, будет происходить сильный нагрев элементов. Поэтому об охлаждении нужно позаботиться – установите дополнительный радиатор и кулер (если имеется возможность организовать питание для него).

Диагностика исправности реле

Обратите внимание на то, что при управлении асинхронными моторами нужно увеличивать примерно в 10 раз запас по току. При запуске двигатель «тянет» из сети ток, который в несколько раз превышает рабочее значение. Именно по этой причине нужно использовать силовые элементы со значительным запасом по току.

Особенности работы и схемы включения реле

При изготовлении своими руками твердотельного реле на полевом транзисторе важно учитывать параметры схемы, в которой оно будет использоваться. Но давайте, чтобы разобраться в особенностях работы твердотельных элементов, рассмотрим обычные электромагнитные реле. В них, когда на обмотку подается напряжение, генерируется магнитное поле. С его помощью происходит притягивание контактов.

Оптическая развязка в твердотельном реле своими руками

При этом цепь либо размыкается, либо замыкается. Есть один недостаток у такого механизма – имеется в конструкции немало подвижных элементов. У твердотельных их нет, а это является основным преимуществом. Также можно выделить следующие особенности:

  1. Включение и отключение нагрузки происходит только в том случае, когда напряжение проходит через нуль.
  2. При работе не происходит появление помех электрического типа.
  3. Достаточно большой диапазон напряжений, при котором работает устройство.
  4. Между цепями управления и нагрузкой качественная изоляция.
  5. Высокая механическая прочность изделия.

А еще при работе не издается ни единого звука – просто открывается и закрывается переход полупроводника.

Пример подключения твердотельного реле

Вы знаете, как изготовить твердотельное реле своими руками. Аналоги такого устройства встречаются в продаже достаточно часто. Можно использовать как любительские схемы, так и промышленные – зависит от того, какие возможности нужно получить от устройства. С помощью такого устройства обеспечивается контакт высоковольтной и низковольтной цепей.

Большая часть промышленных устройств и самоделок имеет схожую структуру. Отличия несущественные, на работу не влияют никак. Убедиться в этом несложно. На рисунке приведена простейшая схема включения реле:

Схема подключения устройств к твердотельному реле

Структура устройства:

  1. Оптическая развязка цепей.
  2. Триггерная цепь (может быть несколько).
  3. Защитные устройства и переключатели.
  4. Входы.

Вход – это первичная цепь, в которой устанавливается постоянное сопротивление. Функция входа заключается в приеме сигнала и передаче нужной команды на устройство, которое производит коммутацию нагрузки.

Развязка оптического типа

Твердотельное реле в системе управления освещением

Оптическая развязка – это прибор, который осуществляет изоляцию входов и выходов. Когда происходит обработка сигнала, поступающего на вход, обязательно нужно использовать триггерную цепь. Это отдельный компонент, но иногда он включен в конструкцию оптической развязки. Цепь переключения используется в том случае, когда нужно подать напряжение к нагрузке.

коммутация мощных нагрузок / Блог компании Unwired Devices LLC / Хабр
Привет, Geektimes!

Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.

Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.

Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.

Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:

  • Гальваническая развязка входа и нагрузки
  • Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
  • Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности

Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.

Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.

Включаем:

Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи. Ожидаемо.

Выключаем:

Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.

Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.

Включаем:

Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.

Выключаем:

Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.

Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.

Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.

А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.

Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.

Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.

Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.

Включение:

Выключение:

Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.

Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:

Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.

Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.

Схема полупроводникового реле
с использованием симисторов и коммутации с нулевым переходом

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.

Триаки и SCR считаются хорошими заменами в тех местах, где указанные выше реле оказываются неэффективными, однако это также может включать Проблемы генерации радиочастотных помех при работе.

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.

Твердотельные реле

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


Самое основное твердотельное реле.

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.

Более практичная ССР.

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.


(выше) MOC3042 Другие оптопары имеют встроенный детектор пересечения нуля.

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.
  2. SSR
  3. не вызывают потенциально опасного искрения.
  4. ССР молчат в работе.
  5. SSR
  6. 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).
  7. SSR не страдают от отказов контактов.
  8. У SSR
  9. время переключения меньше, чем у электромеханических реле.
  10. 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.
  11. 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) .

Solid State Relay (SSR) - Types of SSR Relays Solid State Relay (SSR) - Types of SSR Relays

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.

Relay Symbols Relay Symbols

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.

Construction of SSR (Solid State Relay) - Terminal of SSR Relay Construction of SSR (Solid State Relay) - Terminal of SSR Relay 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.

Optocoupler Optocoupler

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:

DC to AC SSR relay Schematic DC to AC SSR relay Schematic

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.

DC to AC SSR relay DC to AC SSR relay

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.

AC to AC SSR relay AC to AC SSR relay

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.

DC to DC SSR relay DC to DC SSR relay

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.

AC & DC SSR AC & DC SSR

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.

Instant ON SSR relay Instant ON SSR relay

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 .

Zero Switching SSR relay Zero Switching SSR relay

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.

Peak Switching SSR relay Peak Switching SSR relay

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.

Form A SPST NO SSR Form A SPST NO SSR

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.

Form B SPST NC SSR Form B SPST NC SSR

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.

Form C SPDT SSR Relay Form C SPDT SSR Relay

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.
.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о