SSR alebo polovodičové relé sú vysoko výkonné elektrické spínače, ktoré fungujú bez zapojenia mechanických kontaktov, namiesto toho používajú polovodičové polovodiče, ako napríklad MOSFETY na spínanie elektrickej záťaže.

SSR môžu byť použité na prevádzku vysokých výkonových záťaží prostredníctvom malého vstupného spúšťacieho napätia so zanedbateľným prúdom.

Tieto zariadenia sa dajú použiť na prevádzku vysokovýkonných striedavých záťaží aj Jednosmerné zaťaženie .

Polovodičové relé sú v porovnaní s elektromechanické relé kvôli niekoľkým odlišným vlastnostiam.

Hlavné vlastnosti a výhody SSR

Hlavné vlastnosti a výhody polovodičových relé alebo SSR sú:

SSR je možné ľahko zostaviť pomocou minimálneho počtu bežných elektronických častí
Pracujú bez akejkoľvek formy klikania kvôli absencii mechanických kontaktov.
Byť v pevnom stave znamená tiež, že SSR sa môžu prepínať oveľa väčšou rýchlosťou ako tradičné elektromechanické typy.
SSR nezávisia od externého napájania pre zapnutie, skôr odoberte napájanie zo záťaže samotnej.
Pracujú na zanedbateľný prúd, a preto nevybíjajú batériu v batériových systémoch. Tým sa tiež zabezpečí zanedbateľný voľnobežný prúd zariadenia.

Základná pracovná koncepcia SSR pomocou MOSFETov

V jednom zo svojich predchádzajúcich príspevkov som vysvetlil, ako je založený MOSFET obojsmerný prepínač by sa dali použiť na prevádzku ľubovoľného požadovaného elektrického zaťaženia, rovnako ako štandard mechanický spínač , ale s výnimočnými výhodami.

Rovnaký koncept obojsmerného prepínača MOSFET by sa dal použiť na výrobu ideálneho zariadenia SSR.

Triakové SSR nájdete na k tomuto príspevku

Základný návrh SSR

základná koncepcia návrhu polovodičového relé SSR

Vo vyššie zobrazenom základnom dizajne SSR vidíme niekoľko primerane hodnotených MOSFETov T1 a T2 pripojených navzájom zozadu so vzájomne spojených zdrojovými a hradlovými svorkami.

D1 a D2 sú vnútorné telové diódy príslušných MOSFET, ktoré môžu byť v prípade potreby zosilnené externými paralelnými diódami.

Vstupné jednosmerné napájanie je tiež vidieť pripojené cez spoločné hradlové / zdrojové svorky dvoch MOSFETov. Toto napájanie sa používa na spustenie MOSFETov ZAPNUTÉ alebo na povolenie trvalého ZAPNUTIA MOSFETov, keď je jednotka SSR v prevádzke.

“technológie a aplikácie inteligentnej siete ”

Napájanie striedavým prúdom, ktoré môže byť až do úrovne elektrickej siete a záťaž, je zapojených do série cez dva odvody MOSFET.

Ako to funguje

Fungovanie navrhovaného relé stavu predaja možno pochopiť podľa nasledujúceho diagramu a zodpovedajúcich podrobností:

Pri vyššie uvedenom nastavení sú z dôvodu pripojeného napájania vstupnej brány T1 a T2 obidve v zapnutej polohe ON. Keď je AC vstup na strane záťaže ZAPNUTÝ, ľavý diagram ukazuje, ako vedie kladný polovičný cyklus cez príslušný pár MOSFET / dióda (T1, D2), a pravý diagram ukazuje, ako záporný striedavý prúd vedie cez druhý doplnkový MOSFET / diódový pár (T2, D1).

“zapojenie LED svetiel do série ”

V ľavom diagrame nájdeme jeden z polovičných cyklov striedavého prúdu, ktorý prechádza T1 a D2 (T2 je spätne predpätý) a nakoniec dokončí cyklus záťažou.

Diagram na pravej strane ukazuje, ako druhá polovica cyklu dokončí obvod v opačnom smere vedením cez záťaž, T2, D1 (v tomto prípade je predpätie T1 obrátené).

Týmto spôsobom umožňujú dva MOSFETy T1, T2 spolu s príslušnými telesnými diódami D1, D2 vedenie obidvoch polovičných cyklov striedavého prúdu, ktoré dokonale napájajú striedavé zaťaženie a efektívne plnia úlohu SSR.

Vytvorenie praktického okruhu SSR

Doteraz sme sa naučili teoretický návrh SSR, teraz poďme ďalej a pozrime sa, ako by sa dal zostaviť praktický polovodičový reléový modul na prepínanie požadovanej vysokovýkonnej striedavej záťaže bez externého vstupu DC.

Vyššie uvedený obvod SSR je nakonfigurovaný presne rovnakým spôsobom, aký je popísaný v predchádzajúcej základnej konštrukcii. Tu však nájdeme dve ďalšie diódy D1 a D2 spolu s telovými diódami DOS, D4, MOSFET.

Diódy Di, D2 sú zavedené na špecifický účel tak, že tvoria mostíkový usmerňovač v spojení s telovými diódami D3, D4 MOSFET.

Malý prepínač VYPNUTÝ možno použiť na zapnutie / vypnutie SSR. Týmto spínačom môže byť jazýčkový spínač alebo akýkoľvek slaboprúdový spínač.

Pre vysokorýchlostné prepínanie môžete spínač vymeniť za a optočlen ako je uvedené nižšie.

Okruh v podstate v súčasnosti spĺňa 3 požiadavky.

Napája záťaž striedavého prúdu prostredníctvom konfigurácie MOSFET / Diode SSR.
Mostíkový usmerňovač tvorený D1 --- D4 súčasne prevádza záťažový striedavý vstup na usmernený a filtrovaný jednosmerný prúd a tento jednosmerný prúd sa používa na predpätie brán MOSFETov. To umožňuje, aby sa MOSFETy vhodne zapli cez samotné zaťaženie AC, bez závislosti na externom jednosmernom napätí.
Usmernený jednosmerný prúd je ďalej zakončený ako pomocný jednosmerný výstup, ktorý by sa mohol použiť na napájanie akejkoľvek vhodnej externej záťaže.

Problém s obvodom

Bližší pohľad na vyššie uvedený návrh naznačuje, že tento návrh SSR môže mať problémy s efektívnou implementáciou zamýšľanej funkcie. Je to tak preto, že v okamihu, keď spínací DC dorazí na bránu MOSFET, začne sa zapínať, čo spôsobí premostenie prúdu odtokom / zdrojom, čím sa vyčerpá napätie brány / zdroja.

Zvážme MOSFET T1. Len čo usmernený jednosmerný prúd začne dosahovať bránu T1, začne sa zapínať vpravo od približne 4 V ďalej, čo spôsobí obtokový efekt napájania cez jeho odtokové / zdrojové svorky. Počas tohto okamihu bude DC ťažko stúpať cez zenerovu diódu a začne klesať k nule.

To následne spôsobí vypnutie MOSFETu a medzi odtokom / zdrojom MOSFET a bránou / zdrojom MOSFET dôjde k nepretržitému boju alebo pretrhnutiu, čo zabráni správnej funkcii SSR.

Riešenie

Riešenie vyššie uvedeného problému je možné dosiahnuť pomocou nasledujúceho príkladu koncepcie obvodu.

Cieľom je zabezpečiť, aby MOSFETy nevodili, kým nebude vyvinutých optimálnych 15 V cez zenerovu diódu alebo cez bránu / zdroj MOSFETov.

“čo je 2 -cestný prepínač ”

Operačný zosilňovač zaisťuje, že jeho výstup vystrelí iba vtedy, keď vedenie DC prekročí referenčnú prahovú hodnotu zenerovej diódy 15 V, čo umožňuje hradlám MOSFET získať optimálnych 15 V DC pre vedenie.

Červená čiara spojená s pinom 3 IC 741 sa môže prepínať cez optický spojovací člen na požadované prepnutie z externého zdroja.

Ako to funguje : Ako vidíme, invertujúci vstup operačného zosilňovača je zviazaný s 15V zenerom, ktorý tvorí referenčnú úroveň pre operačný zosilňovač pin2. Pin3, ktorý je neinvertujúcim vstupom operačného zosilňovača, je spojený s kladnou linkou. Táto konfigurácia zaisťuje, že výstupný pin6 operačného zosilňovača produkuje napájanie 15 V iba vtedy, keď jeho napätie pin3 dosiahne hodnotu vyššiu ako 15 V. Akcia zaisťuje, že MOSFETy budú viesť iba prostredníctvom platného optimálneho 15 V hradlového napätia, čo umožňuje správne fungovanie SSR.