Polovodičové polovodičové relé alebo SSR je zariadenie, ktoré sa používa na spínanie veľkých striedavých záťaží na úrovni siete prostredníctvom izolovaných minimálnych spúšťačov jednosmerného napätia bez zabudovania mechanických pohyblivých kontaktov.

V tomto príspevku sa naučíme, ako skonštruovať jednoduché polovodičové relé alebo obvod SSR pomocou triaku, BJT, optočlenu s nulovým prechodom.

Výhoda polovodičovej SSR oproti mechanickým relé

Mechanický typ relé môže byť dosť neefektívny v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoko hladké, veľmi rýchle a čisté prepínanie.

Navrhovaný obvod SSR je možné postaviť doma a použiť ho na miestach, ktoré si vyžadujú skutočne sofistikované zaobchádzanie s nákladom.

V tomto článku je popísaný polovodičový reléový obvod so zabudovaným detektorom prechodu nulou.

Obvod je veľmi ľahko pochopiteľný a zostaviteľný, avšak poskytuje užitočné funkcie, ako je čisté prepínanie, bez rušenia vysokofrekvenčnými vlnami a schopný zvládnuť zaťaženie do 500 wattov. Veľa sme sa naučili o relé a o tom, ako fungujú.

Vieme, že tieto zariadenia sa používajú na spínanie ťažkých elektrických záťaží cez externý izolovaný pár kontaktov v reakcii na malý elektrický impulz prijatý z výstupu elektronického obvodu.

“ako funguje nabíjačka telefónu ”

Spúšťací vstup je zvyčajne v blízkosti napätia cievky relé, ktoré môže byť 6, 12 alebo 24 V DC, zatiaľ čo záťaž a prúd spínaný kontaktmi relé sú väčšinou na úrovniach sieťového potenciálu.

V podstate sú relé užitočné, pretože sú schopné prepínať ťažké kontakty spojené so svojimi kontaktmi bez toho, aby privádzali nebezpečné potenciály do styku so zraniteľným elektronickým obvodom, cez ktorý sa prepínajú.

Výhody sú však sprevádzané niekoľkými kritickými nevýhodami, ktoré nemožno ignorovať. Pretože kontakty zahŕňajú mechanické operácie, niekedy sú dosť neobratné v sofistikovaných obvodoch, ktoré si vyžadujú vysoko presné, rýchle a efektívne prepínanie.

Mechanické relé majú tiež zlú povesť generovania vysokofrekvenčného rušenia a šumu počas spínania, čo tiež vedie k degradácii jeho kontaktov v čase.

Pre SSR založené na MOSFET prosím odkaz na tento príspevok

Používanie SCR ot Triac na výrobu SSR

Triaky a SCR sa považujú za dobrú náhradu v miestach, kde sa vyššie uvedené relé ukazujú ako neúčinné, avšak aj tieto môžu počas prevádzky spôsobovať problémy s vytváraním RF interferencie.

Aj SCR a triaky, ak sú integrované priamo do elektronických obvodov, vyžadujú, aby bolo uzemňovacie vedenie obvodu pripojené k jeho katóde, čo znamená, že časť obvodu už nie je izolovaná od smrteľných striedavých napätí zo zariadenia - čo je vážna nevýhoda, pokiaľ ide o bezpečnosť používateľ sa týka.

“pulldown vs pull up odpor ”

Triak sa však dá veľmi efektívne implementovať, ak je vyššie spomenutá nevýhoda úplne vyriešená. Preto je potrebné pomocou triakov odstrániť dve veci, ktoré sa majú účinne vymeniť za relé, a to vysokofrekvenčné rušenie pri prepínaní a vstup nebezpečnej siete do obvodu.

Polovodičové relé sú navrhnuté presne s vyššie uvedenými špecifikáciami, čo eliminuje RF rušenie a tiež udržuje dva stupne úplne stranou od ostatných.

Komerčné SSR môžu byť veľmi nákladné a nie sú použiteľné, ak sa niečo pokazí. Avšak výroba polovodičového relé vami a jeho použitie pre požadovanú aplikáciu môže byť presne to, čo „nariadil lekár“. Pretože sa dá zostaviť pomocou samostatných elektronických súčiastok, stáva sa úplne opraviteľným, upraviteľným a navyše vám poskytuje jasnú predstavu o vnútorných operáciách systému.

Tu budeme študovať výrobu jednoduchého polovodičového relé.

Ako to funguje

Ako je uvedené v predchádzajúcej časti, v navrhovanom návrhu obvodu SSR alebo polovodičového reléového obvodu sa RF rušenie kontroluje tak, že sa triak núti prepínať iba okolo nulovej značky sínusovej fázy AC a použitie optočlenu zaisťuje, že vstup je udržiavané v dostatočnej vzdialenosti od potenciálov siete AC prítomných v triakovom okruhu.

Pokúsme sa pochopiť, ako obvod funguje:

Ako je znázornené na diagrame, optočlen sa stáva portálom medzi spúšťačom a spínacím obvodom. Vstupný spúšť sa aplikuje na LED diódy z opta, ktorá sa rozsvieti a spôsobí, že fototranzistor bude viesť.
Napätie z fototranzistora prechádza cez kolektor k emitoru a nakoniec sa dostane do brány triaku, aby ho fungovalo.

Vyššie uvedená operácia je celkom bežná a je bežne spojená so spúšťou všetkých triakov a SCR. To však nemusí stačiť na elimináciu vysokofrekvenčného šumu.

Sekcia obsahujúca tri tranzistory a niektoré rezistory sa osobitne zavádza s cieľom kontroly generovania RF zabezpečením toho, že triak vedie iba v blízkosti nulových prahov sínusového priebehu AC.

Keď je na obvod pripojený striedavý prúd, na kolektore opto tranzistora je k dispozícii usmernený jednosmerný prúd a ten vedie, ako je vysvetlené vyššie, avšak napätie na križovatke rezistorov pripojených k základni T1 je upravené tak, že vedie okamžite po tom, ako krivka striedavého prúdu stúpne nad značku 7 voltov. Tvar vlny tak dlho zostáva nad touto úrovňou a udržuje T1 zapnutý.

To uzemňuje kolektorové napätie opto tranzistora, čím bráni triaku vo vedení, ale v okamihu, keď napätie dosiahne 7 voltov a blíži sa k nule, tranzistory prestanú viesť, čo umožní triaku prepnúť.

Tento proces sa opakuje počas záporného polovičného cyklu, keď T2, T3 vedie v reakcii na napätie nad mínus 7 voltov, čím sa opäť vytvorí predpoklad, že triak vystrelí iba vtedy, keď sa fázový potenciál blíži k nule, čím sa účinne eliminuje indukcia RF interferencie prechádzajúcej cez nulu.

Schéma zapojenia polovodičového obvodu SSR

Zoznam náhradných dielov pre navrhovaný polovodičový reléový obvod

R1 = 120 K,
R2 = 680K,
R3 = 1 K,
R4 = 330 K,
R5 = 1 M,
R6 = 100 ohmov 1 W,
C1 = 220 uF / 25 V,
C2 = 474/400 V metalizovaný polyester
C3 = 0,22 uF / 400 V PPC
Z1 = 30 voltov, 1 W,
T1, T2 = BC547B,
T3 = BC557B,
TR1 = BT 36,
OP1 = MCT2E alebo podobné.

Rozloženie DPS

Pomocou optického spojovacieho zariadenia SCR 4N40

Dnes s príchodom moderných optočlenov je výroba vysoko kvalitného polovodičového relé (SSR) skutočne jednoduchá. 4N40 je jedným z týchto zariadení, ktoré používa foto SCR na požadované izolované spustenie záťaže striedavého prúdu.

Tento optočlen môže byť jednoducho nakonfigurovaný na vytvorenie vysoko spoľahlivého a efektívneho obvodu SSR. Tento obvod možno použiť na spustenie záťaže 220 V prostredníctvom dôkladne izolovaného 5V logického riadenia, ako je uvedené nižšie: