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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ

   Твердотельное реле – это современный модульный полупроводниковый прибор, содержащий в своем составе мощные силовые ключи на симисторах, тиристорах либо транзисторах. Такие реле используются для замены традиционных электромагнитных реле, контакторов и пускателей, так как обеспечивают наиболее надежный метод коммутации.

   Твердотельные реле, как правило, состоит из оптопары, которая изолирует входную цепь пуска, оптопару — гальваническую развязку и мощный симистор, который выступает в качестве выключателя. Его название происходит от схожести с электромеханическими реле, но по сравнению с обычными, не происходит механического износа, кроме того, ТТР имеют возможность переключать даже очень большие токи. В этом случае у электромеханических реле быстро износятся контакты. Также эти реле позволяют переключать нагрузку со скоростью гораздо выше, чем у электромеханических реле.

Преимущества твердотельных реле

•  — Нет механических деталей, подверженных износу.
•  — Включение и выключение нагрузки происходит только при переходе напряжения через ноль.
•  — Отсутствие электрических помех при работе.
•  — Широкий диапазон рабочих напряжения.
•  — Высокий уровень изоляции между управлением и цепью нагрузки.
•  — Высокая механическая прочность.
•  — Отсутствие шума при коммутации.

   Если у вас возникли проблемы с покупкой готового твердотельного реле, ассортимент которых уже достаточно широк, можно спаять его самому, по нижеприведённой схеме.

Принципиальная схема твердотельного реле

Особенности данной схемы:

•  — Управляющее напряжения от 3 В до 30 В постоянного тока.
•  — Выходное напряжение коммутации от 115 В до 280 в переменного тока.
•  — Минимальный рабочий ток от 50 мА.
•  — Выходная мощность 400 Вт (без радиатора на симисторе).

   Поэтому если это реле будет работать в условиях коммутации токов, превышающих 2 ампера, необходимо предусматривать охлаждающие радиаторы. При регулировке асинхронных двигателей запас по току нужно увеличить до 10 раз. Необходимо принять во внимание и тот факт, что способность твердотельного реле выдерживать перегрузки по току определяется уровнем «ударного тока».

   Форум по устройствам автоматики

Все своими руками Твердотельное реле своими руками

Опубликовал admin | Дата 18 июля, 2018

Твердотельное реле (ТТР) или Solid State Relay (SSR) — это электронные устройства, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле, но не содержит движущихся частей. Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы.

То есть вместо подвижных контактов в ТТР используются электронные полупроводниковые ключи, в которых цепи управления имеют гальваническую развязку с силовыми, коммутируемыми цепями. Благо сейчас переключательных полевых транзисторов приобрести нет никаких проблем. Таким образом, для построения твердотельного реле нам потребуется MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) транзистор, русский эквивалент термина — МОП-транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором, и оптрон. На страницах сайта есть статьи, посвященные транзисторным ключам с оптической изоляцией – «Транзисторный ключ переменного тока»

В данной статье рассмотрен ключ для коммутации переменного тока. Используя SMD компоненты по этой схеме можно изготовить ТТР переменного тока. Часть деталей монтируется на печатной плате, которая крепится к алюминиевой положке. Транзисторы устанавливаются на подложку через слюдяные прокладки. Конденсатор С1 лучше брать или танталовый или керамический. Его емкость можно уменьшить.
Еще одна статья – «Транзисторный ключ с оптической развязкой»

В этой схеме к качестве коммутирующих транзисторов используются биполярные транзисторы разных структур.

Есть еще одна схема гальванически развязанного ключа на моп-транзисторе с защитой от предельного тока нагрузки. О нем шла речь в статье «Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе»

Все это хорошо, если напряжения, с которыми работают ТТР реализованные на MOSFET, позволяют управлять этими полевыми транзисторами. А как быть с коммутацией напряжения, например 3,3 вольта. Для открывания полевого транзистора этого напряжения явно не достаточно. Нужен какой-то преобразователь, способный поднять напряжение управления хотя бы до пяти вольт. Классический импульсный преобразователь использовать для реле – слишком громоздко. Но есть другие преобразователи – оптические, например — TLP590B.

Такие преобразователи на выходе обеспечивают напряжение порядка 9 вольт, что вполне достаточно для управления моп-транзисторами. Из документации на эти преобразователи видно, что они очень маломощные и способные отдать на выходе ток всего лишь порядка 12мкА. У моп-транзисторов есть такой параметр – Заряд затвора – Qg. Пока затвор данного транзистора не получит необходимый заряд – транзистор не начнет открываться. Скорость заряда зависит от тока, который может обеспечить цепь управления, чем больше ток управления, тем быстрее затвор получает необходимый заряд, тем быстрее открывается транзистор. Тем меньше будет время, когда коммутирующий транзистор будет находиться в активной зоне выходной характеристики – тем меньше на нем будет выделяться тепла. Но в нашем случае, когда транзистор работает не в преобразователе, на относительно высоких частотах, а в качестве реле, вкл – выкл, ток в 12 мкА будет достаточен. Правда лучше конечно выбирать ключевые транзисторы с малым зарядом затвора. Например.

Этот транзистор способен коммутировать напряжение 600В при токе стока 7А. Мощность стока при температуре +25 С — 100Вт. При этом заряд затвора Qg всего 8,2 нанокулона = 8,2nC. Для сравнения популярный транзистор IRF840 имеет Qg = 63nC.

Для управления низковольтными нагрузками можно применить транзистор irlr024zpbf. При данных режимах измерения ток стока – 5А, напряжение сток – исток – 44В, напряжение затвор – исток -5В, имеет типовое значение заряд затвора Qg = 6,6nC.

Но у меня таких транзисторов нет и я для реле использовал транзисторы IRL2505 с каналом типа n. У данного транзистора Qg = 130nC !

Другой транзистор с каналом типа р — IRF4905, у этого транзистора максимальный Qg = 180nC !!!

Схему собрал самую простую, ту что на рисунке 4

В качестве коммутирующего транзистора в этой схеме использован транзистор IRF4905 с каналом – р. Транзистор не был снабжен теплоотводом и в открытом состоянии нагревался до +60˚С при токе 2А. Напряжение 3,3В коммутировал нормально. Теперь, имея в своем распоряжении такой преобразователь, что нам мешает использовать в положительном проводе питания и транзистор с каналом n?

Результат превзошел мои ожидания. Транзистор IRF2505 без радиатора практически не грелся при токе нагрузки 4А. при напряжении на нагрузке 12,6 В В обоих экспериментах ток управления я выставил примерно 10 мА. Максимальный ток светодиода по документам – 50 мА. Больше 10 мА не стоит увеличивать ток – практически ни чего не меняется. Я очень доволен таким реле. Если описать параметры этой релюхи, применительно к электромагнитному реле, то они были бы такими. Напряжение срабатывания – какое хочешь ! Только подбирай R2. Ток срабатывания – 10 мА. Ток и напряжение коммутации – какое хочешь !!! (В разумных пределах конечно)Только подбирай транзисторы. Не слабо. Хотелось бы проверить данные устройства с коммутацией емкостных и индуктивных нагрузок. Это позже. Пока искал буквы на клавиатуре, пришла еще одна мысль. Если транзистор поставить в диагональ диодного моста, то можно коммутировать переменные напряжения. Таким реле можно коммутировать обмотки трансформаторов. Пока все. Всем удачи. К.В.Ю.

Скачать “Самодельное-твердотельное-реле” Самодельное-твердотельное-реле.rar – Загружено 855 раз – 80 КБ

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:3 763

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.

Схема

Посмотрим схему этого очень полезного и нужного устройства.

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.

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

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.



Симистор нужно изолировать от радиатора охлаждения специальной теплопроводной пластиной с применением теплопроводной пасты. Паста должна слегка вылезти из-под симистора при закручивании крепёжного винта.

Далее размещаем следующие детали в соответствии со схемой и припаиваем их.






Припаиваем провода для подключения питания и нагрузки.


Помещаем устройство в корпус, предварительно испытав его при минимальной нагрузке.




Испытание прошло успешно.

Смотрите видео

Смотрите видео испытания устройства совместно с цифровым регулятором температуры.

Твердотельное реле переменного тока из недорогих компонентов

Многие статьи на этом сайте могут показаться тривиальными. Ну и пусть. Это результат моего личного опыта: мне надоело изобретать колесо снова и снова, и я решил публиковать любые электронные пустяшки, которые  мне пригодились хотя бы раз.

Сегодня промышленность выпускает твердотельные реле (SSR) практически под любые требования, какие только можно себе представить. Только плати — и будет тебе черная коробочка, подав на вход которой несколько миллиампер можно управлять чем угодно: от слабых измерительных сигналов до многих киловатт нагрузки и более.

Маленький камушек оптореле, рассчитанный на коммутацию нескольких сот ватт от бытовой сети будет стоить порядка $10 или более. В то же время, если ограничиться твердотельным реле с максимальным током коммутации в 100мА — мы сразу попадаем в ценовую категорию в районе одного доллара.

 

Мощное оптореле своими руками

Предлагаю вот такую несложную схему, общая стоимость компонентов в которой едва ли превысит пару баксов. Используя «телефонное» твердотельное реле и широко распространённый симистор (идёт во всякие бытовые диммеры), можно управлять весьма большими мощностями.

• «Телефонное» твердотельное реле (SSR) = Lh2500 (datasheet)
• Симистор (TRIAC) = BT139

    
Демпферная цепочка из резистора и конденсатора, т.н. «snubber circuit», ставится для предотвращения нежелательного отпирания симистора в случае очень высокой скорости нарастания напряжения на коммутаторе. На практике, в приложениях типа управления лампами да моторами такое практически не случается. Но в любом случае советую оставить эту цепочку — она ведь ещё служит и хорошим подавителем помех.  По поводу рассчёта этой цепи отсылаю моих читателей к замечательной работе от  Fairchild Semiconductor: Application Note AN-3008 RC Snubber Networks for Thyristor Power Control and Transient Suppression (на английском, если действительно надо — спрашивайте, помогу разобраться).

Если быть педантичным, к схеме надо ещё добавить какой-нибудь вариант подавителя высоковольтных выбросов напряжения. К счастью, симисторы норовят сами просто открыться в подобных сценариях и ограничивают импульсы перенапряжения весьма эффективно. К тому же, в цивилизованном мире, наша схема будет ведь запитана через сообразный фильтр сетевых помех 😉

 

Как этим управлять

Схемы управления твердотельными реле могут быть очень разнообразны. В простейшем случае сгодится выход ТТЛ или КМОП логики с токоограничивающим резистором последовательно с управляющим входом реле.

В достаточно серьёзной системе, с потенциально длинными кабелями, разделяющими схемы управления и исполнительные (силовые) коробки, я использовал источники тока, управляемые непосредственно от микроконтроллера. Светодиод (1.7В падения) в данной схеме не несёт никакой особой функциональности кроме собственно индикации. Если он не нужен — сопротивление токозадающего резистора следует увеличить до 430 Ом, чтобы обеспечить ток управления в районе 10 мА.

Чтобы облегчить себе жизнь и позволить витым парам действительно перекручиваться так как им заблагорассудится — удобно поставить маленький диодный мостик прямо перед входом реле. Дополнительный резистор в 100 Ом защищает светодиод оптрона от немедленного сгорания в случае неверной коммутации и подачи не слишком высокого питающего напряжения прямо на вход нашего реле. К сожалению все эти удобства «роняют» на себе несколько дополнительных вольт напряжения, поэтому управлять схемой, что идёт ниже, надо источником тока с достаточно большим запасом по напряжению (вольт 12 хотя бы) — как раз сгодится предыдущая схема.

Внимание: приведённая в данной статье схема твердотельного реле противопоказана к применению в аудио разработках и рядом с ними. Несмотря на применение демпфирующей цепочки, а так же сколько бы дополнительных фильтров на неё ни навесить — производимые схемой переключательные помехи норовят самым неприятным образом просочиться в аудио сигнал. Кстати, фирменные твердотельные реле с контролем перехода через ноль на поверку шумят ещё больше.

Вот как фирма Siemens, выпускающая Lh2500, предлагает включать сей продукт в своей документации:

Application:   Motor, Light, Heat, Solenoid Control  [Приложения: управление моторами, освещением, обогревом и соленоидами]

Equipment:    Industrial Controls, Programmable Controllers, Factory Automation Equipment, Appliances  [Оборудование: индустриальные контроллеры, программируемые контроллеры, заводское оборудование, бытовая техника]

 

Есть вопросы? Пишите в комментариях.

Поделитесь статьёй со знакомыми.

 

Твердотельное реле сделать самому 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.

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:

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).

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.

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:

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

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.

Самодельные твердотельные реле — схема и устройство

Старые механические реле отличаются двумя недостатками – малым быстродействием и ограниченным ресурсом по количеству допустимых переключений. Пришедшие им на смену электронные коммутаторы (другое название – твердотельное транзисторное или симисторное реле) полностью лишены этих недостатков, что привлекло к ним внимание специалистов по электронике. Отсутствие механических частей, а также простота схемы позволяют без труда собирать их в домашних условиях. Справиться с поставленной задачей поможет ознакомление с особенностями устройства и принципом работы этих элементов.

Что такое твердотельные реле и их классификация

Самодельное твердотельное реле

Твердотельные реле (или ТТР) – это электронные приборы со структурой, не содержащей механических компонентов. Принцип их действия основан на особенностях работы полупроводниковых переходов, отличающихся высокой скоростью коммутаций и защищенностью от физических полей.

Переключение твердотельных реле основано на принципе срабатывания электронного ключа.

В качестве ключевых элементов в этих изделиях традиционно применяются такие распространенные электронные компоненты, как транзисторы, управляемые диоды или тиристоры. В зависимости от используемых при их изготовлении структур ТТР подразделяются на приборы, построенные на основе одного из перечисленных элементов (реле на симисторах, например).

В соответствии с режимами работы и по виду коммутируемых напряжений образцы твердотельных реле, изготавливаемых на базе полупроводников, делятся на следующие группы:

• устройства, коммутирующие постоянный ток;
• приборы, управляющие работой нагрузочных линий с переменными токовыми параметрами;
• универсальные изделия, работающие в различных цепях.

Для первых устройств характерно управление постоянными напряжениями величиной не более 32 Вольт. Представители двух оставшихся позиций способны коммутировать значительные по величине потенциалы (вплоть до десятков киловольт).

Вторичные реле максимального тока прямого действия

Из числа токовых реле, которые выпускает промышленность, наиболее простыми являются реле максимального тока прямого действия. Несмотря на различные конструкции данных реле, вся их работа основана на электромагнитном принципе. Последовательно с вторичной обмоткой измерительного трансформатора тока6 подключается катушка реле 3. Когда по питающей линии А протекает рабочий ток (нормальный режим работы электроприемника), электромагнитный сердечник 4 не будет втянут в катушку, поскольку электромагнитная сила Fэ, которую создает обомотка реле, будет значительно меньше, чем противодействующая ей сила пружины Fп.

Схема реле тока.

В случае возниконевения на линии А короткого замыкания ток катушки реле значительно возрастет и станет больше установленного значения. В таком случае электромагнитная сила катушки Fэ превысит противодействующую ей силу пружины Fп, что приведет к втягиванию сердечника в катушку реле. После втягивания сердечника в катушку, подвижная система 2 отопрет защелку выключателя Б, удерживающую выключатель во включенном положении. Под действием отключающей пружины 1 выключатель разорвет цепь линии А.

Будет интересно➡ Что такое промежуточное реле?

Промышленность изготавливаются вторичные реле максимального тока типа РТВ (реле токовое с выдержкой времени) и РТМ (реле токовое мгновенного действия). У РТМ есть поворотный переключатель, с помощью которого можно изменять количество витков катушки, что, в свою очередь, будет менять значение уставки тока срабатывания. Уставка тока – это настройка реле на заданный ток срабатывания. Стандартом предусмотрены следующие уставки: 5, 7, 9, 13 и 15 А. Ток срабатывания реле – минимальное значение протекающего через обмотку тока, при котором происходит срабатывание реле (Iср).

В случае необходимости отключения участка электрической цепи с выдержкой времени применяют РТВ, которое, как правило, имеет ту же конструкцию, но дополнительно оборудовано механизмом выдержки времени (часовым механизмом). Данный механизм, прикрепленный к сердечнику, удерживает его от мгновенного втягивания в катушку, тем самым изменяя уставку его времени срабатывания. Скорость работы часового механизма напрямую зависит от тока, протекающего в катушке реле.

Установка времени – это настройка механизма выдержки времени на определенное значение в секундах. Реле имеет уставки тока 5, 6, 7, 8, 9, 10 А. РТВ и РТМ называют встроенными, так как они встраиваются непосредственно в приводы выключателей. Для непосредственного отключения выключателя эти реле должны развивать огромные усилия, что делает их конструкции громоздкими, а это влияет на точность.

Интересный материал для ознакомления: что нужно знать об устройстве силового трансформатора.

Преимущества ТТР

К преимуществам реле относят:

• возможность коммутации сравнительно мощных нагрузок;
• высокое быстродействие;
• работа в условиях гальванической развязки;
• способность выдерживать кратковременные перегрузки.

Ни один образец механических или электромеханических изделий не в состоянии конкурировать с электронными коммутаторами. Поэтому новые структуры на основе полупроводников полностью вытеснили старые механические образцы.

Уникальные эксплуатационные характеристики ТТР позволяют применять их без каких-либо ограничений с одновременным увеличением ресурса срабатываний. Все перечисленные достоинства этих приборов являются прекрасным поводом для того, чтобы попытаться собрать твердотельное реле своими руками. К минусам этих изделий следует отнести необходимость дополнительного питания, а также потребность в отводе излишков тепла, образующегося при работе с мощными нагрузками.

Советы по использованию

При использовании герконовых реле или датчиков можно дать несколько советов, которые учитывают нюансы применения таких устройств:

• При монтаже герконов по возможности избегайте источников ультразвука, он может отрицательно влиять на электрические параметры датчика, изменять их.
• Находящийся рядом источник магнитного поля также может менять характеристики и свойства магнитного выключателя.
• Герконовые реле и датчики боятся ударов и механических повреждений. Инертный газ внутри датчика при ударе может выйти вследствие нарушения герметичности резервуара с газом. Это выведет геркон из строя.
• При осуществлении пайки необходимо руководствоваться предписаниями инструкции производителя герконового датчика.

Советские герконовые реле.

Самостоятельное изготовление

Чтобы изготовить реле тока своими руками, нужно запастись рядом электронных компонентов, составляющих основу коммутирующих цепей. Также потребуются специальные материалы, из которых будет изготавливаться корпус самодельного реле.

Электронные элементы

В качестве электронных компонентов, используемых при самостоятельном изготовлении простейшего образца ТТР, обычно применяются следующие распространенные детали:

• оптронная пара МОС3083;
• симистор марки ВТ139-800;
• биполярный транзистор серии КТ209;
• комплект резисторов, а также стабилитрон и светодиод, служащий индикатором срабатывания реле.

Схема твердотельного реле

Перечисленные электронные элементы спаиваются навесным способом согласно приводимой в источниках схеме. Наряду с другими компонентами она содержит в своем составе ключевой транзистор, подающий стабилизированные импульсы на управляющий диод оптронной пары.

Момент подачи фиксируется светодиодным элементом, использование которого в исполнительной цепи допускает визуальный контроль.

Под воздействием этих импульсов происходит мгновенное срабатывание полупроводникового симистора, включенного в коммутируемую цепочку. Применение в такой схемы включения оптронной пары позволяет управлять постоянными потенциалами от 5 до 24 Вольт.

Ограничительная цепочка из резистора со стабилитроном необходима для снижения амплитуды тока, протекающего через светодиод и управляющий элемент до минимальной величины. Такое схемное решение позволяет продлить срок службы большинства используемых при построении схемы элементов.

Конструкция корпуса (заливка компаундом)

Заливка платы компаундом

Для изготовления корпуса сборного изделия в первую очередь потребуется алюминиевая пластина толщиной 3-5 мм, она будет служить основанием под электронную сборку. Размеры выбираются произвольно при условии, что они гарантируют хороший отвод тепла в окружение. Еще одно требование, предъявляемое к этой детали – хорошо обработанная, абсолютно гладкая поверхность, отполированная специальным инструментом или до блеска зачищенная шкуркой.

На следующем шаге подготовки корпуса выбранная в качестве основания пластина оборудуется окаймлением из приклеиваемой по периметру полоски картона. В итоге получится небольшой короб, предназначенный для размещения уже собранной ранее электронной схемы. На его основании из компонентов жестко крепится только симистор, все остальные элементы удерживаются в пределах корпуса за счет собственных связей.

Для подключения к нагрузке и электропитанию наружу коробки выводятся соответствующие проводники.

В дальнейшем надежный крепеж всей сборки обеспечивается заливаемым в коробку жидкого компаунда, заранее подготовленного в подходящей емкости. После его застывания получится монолитная конструкция, по защищенности от вибраций и других воздействий не уступающая лучшим промышленным образцам. Единственный ее недостаток – невозможность разборки с целью последующего ремонта схемы.

Технические характеристики

Выбор реле – это довольно серьезная задача, для осуществления которой очень важно подобрать максимально подходящий прибор. Рассмотрим описание и параметры нескольких популярных устройств отечественного и зарубежного производства.

РП 8 – промежуточная модель, включаются только для временного контроля, не используются для постоянного мониторинга. Доступные и простые в эксплуатации.

Ток, А	8
Напряжение, В	24
Отключение Uн, В	0,7
Климат	–20 +40° С
Долговечность, число срабатываний	1 млн
Сопротивление, Ом	92
Время срабатывания, сек	0,6

SG/C-1RW – это калориметрическое однофазное реле вентилятора для контроля потока воздуха. Инструкция по эксплуатации также говорит о том, что их можно использовать в системах кондиционирования.

Ток, А	6
Напряжение, кВ	1,5
Изменение потока, м/с	0,1–30
Температурный градиент, градусы	15
Рабочее давление, бар	10
Защита	IP67

Нейтральные малогабаритные реле тока чаще всего используются в железнодорожном транспорте, рассмотрим характеристики модели НМШМ1-1000/560 на 24 В и параметрами срабатывания 45.

Обмотка	Медная
Сопротивление катушек, Ом	1000/560
Перегрузка, В	45 В
Напряжение, В	24

РТД – это двухстабильное устройство, которое применяется в системах аварийного обеспечения, они работают как от постоянного, так и от переменного электричества. Главным отличием является то, что устройство может использоваться для включения в сеть при повышенных вибрациях и даже сейсмологической активности. РТД 11:

Напряжение, В	40
Ток, А	0,05
Время срабатывания, с	0,1
Износостойкость, млн	4
Погрешность срабатывания, %	10

Отдельно нужно сказать про трехфазное реле максимального тока РТ40, которое используется в сетях аварийного обеспечения, как устройство косвенного действия. РТ40/2:

Уставки тока, А	0,5…2,0
Срабатывание, А	0,5…1,0
Износостойкость	40млн
Напряжение, В	24
Климатическое исполнение	УХЛ

РТФ-8 – реле обратного действия или последовательности. Обозначение:

• Р – реле;
• Т – тока;
• Ф – фильтровое.

Ток, А	1–5
Напряжение, В	220
Частота, Гц	50
Температуры работы, градусы	-10 до +40
Износостойкость, млн. циклов	1,5

Датчик-реле потока воздуха ДРПВ-1:

Скорость потока, м/сек	от 4,0 до 10
Сечение воздуховода, мм	150х180
Взрывозащита	1ExdIIBT4
Выходной сигнал	0,05 до 0,5 А
Параметры окружающей среды	от — 10 до + 50 98% при температуре 35°С
Габаритные размеры, мм	276x143x248

Видео: реле контроля тока

Разновидности ТТР

При сборке схем твердотельных реле своими руками следует иметь в виду, что для этих целей могут использоваться самые различные компоненты. Ничто не мешает взявшемуся за работу человеку выбрать современные полевые транзисторы, например, отличающиеся высоким быстродействием и малым энергопотреблением. Эти элементы управляются только потенциалами, обеспечивая возможность коммутации достаточно мощных потребителей. Такие полевые структуры, как MOSFET способны переключать нагрузочные цепи, мощность в которых достигает десятков кВт.

Для самостоятельного изготовления твердотельного реле допускается подбирать другие полупроводниковые структуры, способные управлять силовыми цепями: тиристоры, например, или биполярные транзисторы. Главное – чтобы они соответствовали требованиям, предъявляемым к функциональности данной схемы и рабочим параметрам ходящих в ее состав элементов. Все остальное зависит от подготовленности и внимательности исполнителя.

Работа геркона

Простое реле с контактами замыкания имеет в составе два сердечника с контактами, имеющие повышенную магнитную проницаемость. Они находятся в герметичном баллоне из стекла, с инертным газом, либо смесь газов. Создается давление в баллоне 50 кПа. Среда инертности не дает окисляться контактам. Баллон геркона ставится внутри управляющей обмотки, подключенной к постоянному току. При включении питания на реле образуется магнитное поле, проходящее по сердечникам контактов, по зазору и замыкается по управляющей катушке. Магнитный поток создает тяговую силу, соединяющую контакты друг с другом.

Чтобы сопротивление контактов сделать наименьшим, касающиеся поверхности покрыты серебром, радием, палладием и т.д. При выключении питания в катушке электромагнита геркона усилие исчезает, пружины размыкают контакты. В герконовых реле нет поверхностей трения деталей, контакты имеют много функций, выполняют работу магнитопровода, проводника и пружины. Чтобы уменьшить габариты катушки магнита, повышают плотность тока. Применяют провод в эмали для намотки катушки. Детали геркона штампованные, соединения производятся пайкой или сваркой. В герконах используются магнитные экраны для снижения зоны состояния включения.

Герконовое реле.

Пружины в герконовых реле установлены без дополнительного натяга, они включаются сразу, не тратя время на старт. Вместо электромагнита могут применяться также постоянные магниты. Такие герконы называются поляризованными. Усилие нажатия контактов герконового реле обуславливается магнитной силой катушки, в отличие от обычных электромагнитных реле, у которых усилие зависит от пружин. На размыкание геркон работает по-другому.

Система магнитов реле при действии электромагнитной силы намагничивают сердечники одноименно, которые отталкиваются между собой и размыкают цепь. У геркона с переключением один из 3-х контактов замкнутый, выполнен из немагнитного металла. Остальные два контакта сделаны из ферромагнитного состава. Под действием магнитного поля разомкнутые контакты замыкаются, а замкнутый немагнитный размыкается. Хотя магнитное поле есть всегда, как поле Земли, но такого поля не хватает для срабатывания геркона, поэтому им пренебрегают.

Как сделать твердотельное реле? [DIY]

Реле — это тип исполнительного механизма, который обеспечивает соединение между двумя клеммами или точками в сочетании с управляющим сигналом. Проще говоря, реле — это электрический переключатель, в котором требуется небольшой электрический ток для управления операцией переключения (ВКЛ и ВЫКЛ).

В этом отличие от обычных коммутаторов, где переключение выполняется вручную. В зависимости от принципа действия существует два типа реле: электромеханические реле и твердотельные реле.

В электромеханическом реле

используется электромагнит для механического действия переключателя. Небольшой ток, подаваемый на катушку, намотанную на железный сердечник, возбудит катушку, и контакты реле переместятся в положение «включено». Когда катушка обесточена, контакты возвращаются в выключенное положение.

В отличие от электромеханических реле, которые состоят из движущихся частей и магнитного потока, твердотельное реле или SSR не состоит из движущихся частей.

Твердотельное реле состоит из полупроводниковых устройств, таких как транзисторы, тиристоры, тиристоры или тиристоры, для выполнения операции переключения.Твердотельные реле имеют много преимуществ перед электромеханическими реле.

Одним из основных преимуществ твердотельных реле перед электромеханическими реле является отсутствие движущихся частей и отсутствие проблем с износом.

В этом проекте мы разработали простое твердотельное реле, сделанное своими руками, с использованием оптрона и TRIAC. Его можно использовать вместо механических реле на ток до 4 А (или в зависимости от используемого симистора).

Внимание! Использование макетных плат с питанием от сети переменного тока опасно.Вам нужно быть очень осторожным. Сделайте схему на плате ».

Принципиальная схема

Необходимые компоненты

• Оптрон MOC3021 — 1
• BT136 TRIAC — 1
• Резистор 100 Ом (½ Вт) — 1
• Резистор 100 Ом — 1
• Резистор 330 Ом — 2
• светодиодов — 2
• Кнопка — 1

Описание компонента

MOC3021

Это 6-контактная микросхема оптопары, которая состоит из инфракрасного излучающего диода, оптически соединенного с фототриаком.Некоторые из основных применений этой ИС — это соленоиды или регулирующие клапаны, твердотельные реле, управление двигателем, диммер лампы накаливания, выключатель питания переменного тока и т. Д.

Его можно использовать для приложений 115 В и 240 В переменного тока. Контакты 1 и 2 ИС ЯВЛЯЮТСЯ анодом и катодом диода, а контакты 6 и 4 — главными клеммами.

BT136

Это ИС TRIAC, использованная в проекте. Этот TRIAC может обычно использоваться в приложениях, где задействованы высокие двунаправленные переходные процессы и напряжение блокировки.

Максимальное напряжение в закрытом состоянии или напряжение блокировки составляет 600 В, и может быть разрешен среднеквадратичный ток в открытом состоянии до 4 А. Обычно используются для управления двигателями, промышленного освещения, отопления и статического переключения.

Внимание! Использование макетных плат с питанием от сети переменного тока опасно. Вам нужно быть очень осторожным. Сделайте схему на плате ».

Схема твердотельного реле

Красный светодиод с токоограничивающим резистором используется в качестве индикатора включения. Кнопка подключена между источником питания и контактом 1 MOC3021.

Зеленый светодиод с токоограничивающим резистором подключен к контакту 1. Контакт 2 MOC3021 подключен к земле через токоограничивающий резистор.

Контакт 6 MOC3021 подключен к T1 (контакт 1) TRIAC BT136 с помощью резистора 100 Ом. Вывод 4 микросхемы MOC3021 подключен к затвору (вывод 3) TRIAC.

T1 TRIAC подключается к «горячей» сетевой линии. Один конец нагрузки, как лампа, подключен к T2 TRIAC, а другой конец подключен к «холодной» сетевой линии или заземлению.

Работа твердотельного реле

Реле используются в цепях, где требуется гальваническая развязка i.е. когда требуется цепь малой мощности для управления цепью высокого тока или высокого напряжения.

Лучший пример — микроконтроллеры, которые могут управлять большими нагрузками, такими как двигатели переменного тока. Цель этого проекта — продемонстрировать твердотельное реле, сделанное своими руками. Работа проекта следующая.

Как упоминалось выше, небольшой ток на входе реле должен иметь возможность включать и выключать контакты реле. Следовательно, кнопка помещается между питанием и входом (анодный вывод диода) оптопары MOC3021.

При нажатии кнопки инфракрасный излучающий диод излучает ИК-лучи и улавливается триаком оптопары с оптическим срабатыванием. Выход оптопары (точнее, внутренний TRIAC) подается на затвор внешнего TRIAC BT136.

Следовательно, когда когда-либо нажимается кнопка, активируется внешний TRIAC. Поскольку клеммы TRIAC BT136 подключены к электросети, подключенная нагрузка будет включаться или выключаться в зависимости от состояния кнопки.

Функционирование реле без каких-либо механических операций или движущихся частей достигается, поскольку все компоненты являются полупроводниковыми устройствами.Следовательно, оно называется твердотельным реле.

Светодиод включения питания используется для индикации того, что схема включена, а светодиодный индикатор состояния кнопки также используется для индикации операции переключения.

Внимание! Использование макетных плат с питанием от сети переменного тока опасно. Вам нужно быть очень осторожным. Сделайте схему на плате ».

Вот видео на выходе

Схема подходит только для резистивных нагрузок. Чтобы использовать это для индуктивных нагрузок, необходимо разместить демпферную цепь между T1 и T2 TRIAC BT136.

Демпферная цепь — это последовательная RC-цепь, используемая для подавления любых скачков напряжения из-за прерывания тока. Резистор 39 Ом, соединенный последовательно с конденсатором 10 нФ / 400 В, может использоваться в качестве демпфирующей цепи.

ПРИМЕЧАНИЕ

• TRIAC BT136 подключается к сети переменного тока. Необходимо соблюдать осторожность при работе с переменным током.
• Схема представляет собой полностью эффективное реле в твердотельной форме и может использоваться в качестве замены механических реле или дорогостоящих интегральных схем твердотельного реле.
• Из-за отсутствия движущихся частей возникает проблема износа, а переключение происходит быстрее, чем у механических реле.
• Не будет никаких условий для снятия подпрыгивания.
• Может использоваться с нагрузками переменного или постоянного тока.

Внимание! Использование макетных плат с питанием от сети переменного тока опасно. Вам нужно быть очень осторожным. Сделайте схему на плате ».

Создание компактного и маломощного твердотельного реле для управления бытовой техникой переменного тока с использованием ESP8266 для приложений IoT

Реле часто используются во многих схемах переключения, где требуется управление (включение или выключение) нагрузки переменного тока.Но из-за электромеханических характеристик механическое реле имеет автономный срок службы, а также может только переключать состояние нагрузки и не может выполнять другие операции переключения, такие как регулирование яркости или регулирование скорости. Помимо этого, электромеханическое реле также издает щелчки и искры высокого напряжения при включении или выключении огромных индуктивных нагрузок. Вы можете прочитать статью «Работа реле», чтобы узнать больше о реле, его конструкции и типах.

Лучшая альтернатива электромеханическому реле — твердотельное реле .Твердотельное реле — это тип реле на основе полупроводников, которое может использоваться вместо электромеханического реле для управления электрическими нагрузками. У него нет катушек и, следовательно, для работы не требуется магнитное поле. Он также не имеет пружин или механических контактов, поэтому не изнашивается и может работать при слабом токе. В этих твердотельных реле, часто называемых SSR , используются полупроводники, которые управляют функцией включения-выключения нагрузки, а также могут использоваться для управления скоростью двигателей, а также диммером.Мы также использовали твердотельное устройство, такое как TRIAC, для управления скоростью двигателя и для управления интенсивностью света нагрузки переменного тока в предыдущих проектах.

В этом проекте мы создадим твердотельное реле, используя один компонент, и будем управлять нагрузкой переменного тока при работе 230 В переменного тока. Используемая здесь спецификация ограничена, мы выбрали 2A нагрузки для работы с этим твердотельным реле. Цель состоит в том, чтобы создать компактную печатную плату для твердотельного реле, которая могла бы напрямую взаимодействовать и управляться с 3.Контакты 3V GPIO Nodemcu или ESP8266. Для этого мы изготовили наши печатные платы из PCBWay , и мы соберем их и протестируем в этом проекте. Итак, приступим !!!

Компоненты, необходимые для создания твердотельного реле

1. А Печатная плата
2. ACST210-8BTR
3. Резистор 330R ¼ Вт
4. Клеммная колодка (300 В, 5 А)
5. 0805 светодиод любого цвета
6. 150R резистор

Твердотельное реле с использованием TRIAC — Принципиальная схема

Основным компонентом является ACS Triac или сокращенно ACST.Каталожный номер ACST — ACST210-8BTR . Однако резистор R1 используется для соединения микроконтроллера или вторичной цепи (цепи управления) GND с нейтралью переменного тока. Сопротивление резистора может быть любым в диапазоне от 390R до 470R или может использоваться немного меньше этого значения.

Более подробная информация о работе схемы описана в разделе ниже. Как упоминалось ранее, основным компонентом является T1, ACST210-8BTR. ACST является разновидностью TRIAC и также называется триодом для переменного тока .

Как работает ACS TRIAC (ASCT)?

Прежде чем понять, как работает ACST, важно понять, как работает TRIAC. TRIAC — это трехконтактный электронный компонент, который проводит ток в любом направлении при срабатывании затвора. Таким образом, он называется двунаправленным триодным тиристором . TRIAC имеет три клеммы, где «A1» — анод 1, «A2» — анод 2, а «G» — затвор. Иногда его также называют анодом 1 и анодом 2 или главным терминалом 1 (MT1) и главным терминалом 2 (MT2) соответственно.Теперь на затвор TRIAC необходимо подавать небольшой ток от источника переменного тока с использованием оптических тиристоров, например, таких как MOC3021 .

Но ACST немного отличается от обычного TRIAC. ACST — это тип TRIAC от STMicroelectronics, но он может напрямую взаимодействовать с блоком микроконтроллера и запускаться с помощью небольшого количества постоянного тока без необходимости в оптроне. Согласно таблице данных, ACST не требует какой-либо демпфирующей цепи также для индуктивной нагрузки 2А.

Вышеупомянутая схема является иллюстрацией прикладной схемы ACST . Линия — это линия LIVE 230 В переменного тока, а нейтральная линия подключена к общему контакту ACST. Резистор затвора используется для управления выходным током. Однако этот резистор также можно использовать в нейтральной линии с землей или можно исключить в зависимости от токового выхода микроконтроллера.

На изображении выше показана распиновка ACST .Интересно то, что есть разница между распиновкой стандартного TRIAC и ACS TRIAC. Стандартная распиновка TRIAC показана ниже для сравнения, это распиновка BT136 TRIAC.

Как мы видим, вместо T1 и T2 (клемма 1 и клемма 2) ACST имеет контакты Out и Common. Общий вывод необходимо соединить с выводом заземления микроконтроллера. Таким образом, он не действует так же двунаправленно, как TRIAC. Нагрузку следует подключать последовательно с ACST.

Твердотельное реле с использованием TRIAC — PCB Design

Размер платы составляет 24/15 мм. Соответствующий радиатор предусмотрен поперек ACST с использованием медного слоя. Однако обновленный Gerber для этой платы можно найти по ссылке ниже. Гербер обновляется после тестирования, потому что были обнаружены некоторые ошибки дизайна.

Во время теста используется печатная плата того же размера с другой схемой, где предоставляется MOC3021, но позже она удалена в обновленном Gerber.

Полный проект печатной платы, включая файл Gerber и схему, можно скачать по ссылке ниже.

Заказ печатной платы в PCBWay

Теперь, после доработки дизайна, можно переходить к заказу печатной платы:

Шаг 1: Зайдите на https://www.pcbway.com/, зарегистрируйтесь, если это ваш первый раз. Затем на вкладке PCB Prototype введите размеры вашей печатной платы, количество слоев и количество требуемых печатных плат.

Шаг 2: Продолжите, нажав кнопку «Цитировать сейчас».Вы попадете на страницу, где можно установить несколько дополнительных параметров, таких как Тип платы, Слои, Материал для печатной платы, Толщина и другие, большинство из них выбраны по умолчанию, если вы выбираете какие-либо конкретные параметры, вы можете выбрать это здесь.

Шаг 3: Последний шаг — загрузить файл Gerber и продолжить оплату. Чтобы убедиться, что процесс проходит гладко, PCBWAY проверяет, действителен ли ваш файл Gerber, прежде чем продолжить оплату. Таким образом, вы можете быть уверены, что ваша печатная плата удобна для изготовления и будет доставлена ​​вам по мере необходимости.

Сборка твердотельного реле

Через несколько дней мы получили нашу печатную плату в аккуратной упаковке, качество печатной платы как всегда было хорошим. Верхний и нижний слои платы показаны ниже.

Поскольку я впервые работал с ACST, дела пошли не так, как я говорил ранее. Пришлось внести некоторые изменения. Окончательная схема после внесения всех изменений показана ниже. Вам не нужно беспокоиться об изменениях, потому что они уже внесены и обновлены в файле Gerber, который вы загрузили из вышеуказанного раздела.

Программирование ESP8266 для управления нашим твердотельным реле

Код простой. В ESP8266-01 доступны два контакта GPIO. GPIO 0 выбран как контакт кнопки, а GPIO 2 выбран как контакт реле. Когда вывод кнопки считывается, если кнопка нажата, реле изменит состояние ВКЛ или ВЫКЛ или наоборот. Однако для безотказной работы также используется задержка дребезга. Вы можете узнать больше об отключении переключателя в связанной статье. Поскольку код очень прост, мы не будем его здесь обсуждать.Полный код можно найти внизу этой страницы.

Тестирование твердотельного реле

Схема подключена к ESP8266-01 с источником питания 3,3 В. Кроме того, для тестирования используется 100-ваттная лампочка. Как вы можете видеть на изображении выше, я запитал наш модуль ESP с помощью макетного модуля питания и использовал две кнопки для включения и выключения нагрузки.

Когда кнопка нажата, включается свет.Позже, после тестирования, я припаял твердотельное реле и модуль ESP826 к одной плате, чтобы получить компактное решение, как показано ниже. Теперь в демонстрационных целях мы использовали кнопку для включения загрузки, но в реальном приложении мы включим ее удаленно, написав нашу программу соответствующим образом.

Полное объяснение и рабочее видео можно увидеть по ссылке ниже. Надеюсь, вам понравился проект и вы узнали что-то полезное. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в разделе комментариев ниже или воспользуйтесь нашим форумом, чтобы начать обсуждение этого вопроса.

Введение в твердотельные реле

ВВЕДЕНИЕ:

Благодаря своим превосходным характеристикам твердотельное реле стало важным промышленным устройством управления во многих областях.
Это введение в твердотельные реле, из этой статьи вы узнаете, что такое твердотельное реле? Какие типы твердотельных реле? Как работают твердотельные реле? Как выбрать твердотельное реле? Как использовать твердотельные реле?

Вы можете быстро перейти к интересующим вас главам с помощью каталога Directory ниже и быстрого навигатора в правой части браузера.

СОДЕРЖАНИЕ

§1. Что такое твердотельное реле (SSR)

Твердотельное реле (также известное как SSR, реле SS, реле SSR или переключатель SSR, твердотельный контактор, силовой электронный переключатель, автомобильные реле, электронные силовые реле и контакторы электрических сигналов) представляет собой интегрированное бесконтактное электронное переключающее устройство, которое компактно собрано из интегральной схемы (ИС) и дискретных компонентов. В зависимости от характеристик переключения электронных компонентов (таких как переключающие транзисторы, двунаправленные тиристоры и другие полупроводниковые компоненты), SSR могут очень быстро переключать состояние нагрузки «ВКЛ» и «ВЫКЛ» через электронную схему, точно так же, как и функции традиционных механических реле.По сравнению с предыдущим реле с «герконовым контактом», а именно с электромеханическим реле (EMR), внутри SSR нет подвижной механической части, а также отсутствует механическое воздействие во время процесса переключения SSR. Поэтому твердотельное реле еще называют «бесконтактным переключателем».

По своим конструктивным характеристикам переключатель SSR превосходит EMR. Основными преимуществами твердотельных реле являются следующие:

● Полупроводниковый компонент действует как переключатель для реле, которое имеет небольшие размеры (компактный размер) и долгий срок службы (длительный срок службы).

● Лучшая электромагнитная совместимость, чем ЭМИ — невосприимчивость к радиочастотным помехам (RFI) и электромагнитным помехам (EMI), низкий уровень электромагнитных помех и низкий уровень электромагнитного излучения.

● Отсутствие движущихся частей, отсутствие механического износа, отсутствие шума при работе, отсутствие механических повреждений, и высокая надежность.

● Нет искры, дуги, горения, дребезга контактов и износа между контактами.

● Благодаря функции «переключение при нулевом напряжении, отключение при нулевом токе» легко добиться переключения «при нулевом напряжении».

● Быстрая скорость переключения (скорость переключения SSR в 100 раз выше, чем у обычного EMR), высокая рабочая частота.

● Высокая чувствительность, управляющие сигналы низкого электрического уровня (SSR может напрямую управлять большими токовыми нагрузками через малоточные управляющие сигналы), совместим с логической схемой (схемы TTL, CMOS, DTL, HTL), легко реализует несколько функций.

● Обычно упаковывается из изоляционного материала, с хорошей влагостойкостью, устойчивостью к плесени, коррозии, вибростойкости, механической ударопрочности и взрывозащищенности.

Кроме того, функция усиления и возбуждения твердотельного реле очень подходит для управления мощным исполнительным механизмом, который более надежен, чем электромагнитный. реле (ЭМИ). Управляющие переключатели твердотельных реле требуют очень низкой мощности, поэтому низкие управляющие токи можно использовать для управления большими токами нагрузки. И В твердотельном реле используется отработанная и надежная оптоэлектронная технология изоляции между входными и выходными клеммами. Эта технология позволяет выходной сигнал устройства с низким энергопотреблением должен быть напрямую подключен к входным клеммам управления твердотельного реле для управления высокой мощностью устройство на выходной клемме твердотельного реле без необходимости в дополнительных схемах защиты для защиты устройства слабого тока, потому что «устройство малого тока управления» (подключенное к входной клемме SSR) и «большое устройство управления источники питания »(подключенные к выходной клемме SSR) были электрически изолированы.Кроме того, твердотельные реле переменного тока используют «детектор перехода через ноль». технология для безопасного применения AC-SSR к выходному интерфейсу компьютера, не вызывая серии помех или даже серьезных сбоев в работе компьютера. И эти функции не могут быть реализованы EMR.

Из-за присущих твердотельным реле характеристик и вышеуказанных преимуществ, SSR широко используется в различных областях с момента его появления в 1974 году и полностью заменил электромагнитные реле во многих областях, где электромагнитные реле не может применяться.Особенно в области компьютерных систем автоматического управления, потому что твердотельное реле требует очень низкого мощность привода и совместимы с логической схемой, а также могут напрямую управлять выходной схемой без необходимости в дополнительном промежуточном цифровом буфере.

В настоящее время твердотельные реле хорошо работают в военной, химической, промышленной устройства управления автоматикой, электромобиль, телекоммуникации, гражданское электронное оборудование управления, а также приложения для обеспечения безопасности и контрольно-измерительные приборы, такие как система нагрева электрической печи, машина с числовым программным управлением (станок с ЧПУ), оборудование для дистанционного управления, электромагнитный клапан, медицинское оборудование, система управления освещением (например, светофор, сцинтиллятор, система управления сценическим освещением), бытовая техника (например, стиральная машина, электрическая плита, духовка, холодильник, кондиционер), оргтехника (например, копировальный аппарат, принтеры, факсы и многофункциональные принтеры), системы пожарной безопасности, зарядка электромобилей система и так далее.В общем, твердотельные реле могут использоваться в любом приложении, требующем высокой стабильности (оптическая изоляция, высокая устойчивость), высокой производительности (высокая скорость переключения, высокий ток нагрузки), и небольшой размер упаковки.

Конечно, твердотельные реле также имеют некоторые недостатки, в том числе: наличие падения напряжения во включенном состоянии и выходного тока утечки, необходимость в мерах по рассеиванию тепла, более высокая стоимость покупки, чем у EMR, реле постоянного и переменного тока не универсальны, единое состояние управления, небольшое количество контактных групп и плохая перегрузочная способность.Хотя некоторые специальные настраиваемые твердотельные реле могут решить некоторые из вышеперечисленных проблем, эти недостатки необходимо учитывать и оптимизировать при проектировании схем и применении SSR, чтобы максимизировать преимущества твердотельных реле.

§ 2. Какова структура твердотельных реле

Твердотельные реле представляют собой четырехконтактные активные устройства, две из четырех клемм являются клеммами управления входом, а две другие клеммы клеммы управления выходом. Хотя типов и спецификаций SSR-переключателей много, их конструкции схожи и состоят в основном из трех частей (как показано на рисунке 2.1): входная цепь (цепь управления), цепь возбуждения и выход Цепь (управляемая цепь).

Входная цепь:

Входная цепь твердотельного реле, также называемая цепью управления, обеспечивает контур для входного управляющего сигнала, делая управляющий сигнал источником запуска для твердотельного реле. В соответствии с различными типами входного напряжения входную цепь можно разделить на три типа: входная цепь постоянного тока, переменного тока. входная цепь и входная цепь переменного / постоянного тока.

Входную цепь постоянного тока можно разделить на резистивную входную цепь и входную цепь постоянного тока.

1) Резистивная входная цепь, входной ток которой линейно увеличивается с увеличением входного напряжения, и наоборот. Если управляющий сигнал имеет фиксированное управляющее напряжение, следует выбрать входную цепь резистора.

2) Входная цепь постоянного тока. Когда входное напряжение входной цепи постоянного тока достигает определенного значения, ток больше не будет явно увеличиваться по мере увеличения напряжения. Эта функция позволяет использовать твердотельное реле постоянного тока на входе в довольно широком диапазоне входного напряжения.Например, когда диапазон изменения напряжения управляющего сигнала довольно большой (например, 3 ~ 32 В), рекомендуется использовать твердотельное реле постоянного тока с входной цепью постоянного тока, чтобы твердотельное реле постоянного тока могло надежно работать в весь диапазон входного напряжения.

Некоторые из этих входных схем управления имеют управление с положительной и отрицательной логикой, инвертирование и другие функции, а также совместимость логических схем. Таким образом, твердотельные реле могут быть легко подключены к схемам TTL (схемы транзисторно-транзисторной логики), схемам CMOS (схемы комплементарных металлооксидных полупроводников), схемам DTL (схемам диодно-транзисторной логики) и схемам HTL (схемам высокопороговой логики).В настоящее время DTL постепенно заменяется TTL, а HTL заменяется CMOS. И если сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) используется в качестве входного сигнала, переключение ВКЛ / ВЫКЛ Частота источника питания переменного тока должна быть меньше 10 Гц, иначе частота переключения выходного сигнала выходной цепи ТТР переменного тока не сможет поспевать за ней.

Цепь управления:

Цепь управления твердотельным реле состоит из трех частей: изолирующей цепи связи, функциональной цепи и цепи запуска.Однако, согласно Фактические потребности твердотельного реле, могут быть включены только одна / две из этих частей.

1. Изолированная цепь связи:

Методы изоляции и связи для цепей ввода / вывода (ввод / вывод Схема) твердотельных реле в настоящее время используются два способа: схемы оптопары и схемы высокочастотного трансформатора.

1) Оптопара (также называемая оптопарой, оптическим соединителем, оптоизолятором или оптическим изолятором) непрозрачно снабжена инфракрасным светодиодом (светоизлучающим диодом) и оптическим датчиком для обеспечения изолированного управления между «стороной управления» и «нагрузкой». сторона », потому что между« излучателем света »и« датчиком света »нет электрического или физического соединения, кроме луча.Типы комбинаций «источник-датчик» обычно включают: «светодиод-фототранзистор» (фототранзистор), «светодиод-симистор» (фототриак) и «светодиод-фотодиод. матрица »(стек фотодиодов используется для управления парой полевых МОП-транзисторов или IGBT).

2) В схеме связи высокочастотного трансформатора используется высокочастотный трансформатор для преобразования управляющего сигнала на входе в управляющий сигнал на выходе. Подробный процесс заключается в том, что входной управляющий сигнал создает автоколебательный высокочастотный сигнал, который будет передаваться через сердечник трансформатора во вторичную обмотку трансформатора, и после обработки схемой обнаружения / выпрямления и логической схемой сигнал в конечном итоге станет управляющий сигнал для управления триггерной схемой.

2. Функциональная схема:

Функциональная схема может включать в себя различные функциональные схемы, например схему обнаружения, схему выпрямителя, схему перехода через нуль, схему ускорения, схему защиты, схему отображения и т. Д.

3. Схема запуска:

Цепь триггера используется для подачи триггерного сигнала на выходную цепь.

Выходная цепь:

Выходная цепь твердотельного реле управляется триггерным сигналом для включения / выключения источников питания нагрузки.

Выходная цепь в основном состоит из выходного компонента (микросхемы) и контура поглощения (который действует как подавитель переходных процессов) и иногда включает в себя цепь обратной связи. До сих пор выходной компонент твердотельных реле в основном включает в себя: биполярный переходный транзистор (биполярный транзистор или BJT, который делится на два типа, PNP и NPN), тиристор (кремниевый выпрямитель или SCR), симистор (двунаправленный триод, Двунаправленный тиристор, двунаправленный управляемый выпрямитель или BCR), полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET), биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), MOSFET из карбида кремния (SIC MOSFET, разновидность широкозонного транзистора с максимальной рабочей температурой перехода в промышленном масштабе 200 °). C, низкое энергопотребление и компактный размер) и так далее.

Выходную цепь твердотельного реле можно разделить на три типа: выходная цепь постоянного тока, выходная цепь переменного тока и выходная цепь переменного / постоянного тока. В выходной цепи постоянного тока обычно используется биполярный компонент (такой как IGBT или MOSFET) в качестве выходного компонента, а в выходной цепи переменного тока обычно используются два тиристора или один симистор в качестве выходного компонента.

§ 3. Символ твердотельного реле

Символ твердотельного реле на принципиальной схеме показан ниже (Рисунок 3.1).

Следует отметить, что:
● Символ электрода должен быть нанесен отдельно (внутри или вне рамки) рядом с каждым контактом графического символа.
● Входные и выходные клеммы обычно не могут быть нарисованы на одной или смежных сторонах.
● Когда несколько твердотельных реле появляются на одной схеме, числовой номер может быть добавлен после текстового символа, чтобы различать реле. (например, SSR1, SSR2).

§4. Типы твердотельных реле

Типы твердотельных реле разнообразны, и стандарты классификации разнообразны.Твердотельные реле обычно классифицируются по следующим критериям.

1. Тип источника питания нагрузки:

Твердотельное реле можно разделить на твердотельные реле постоянного тока (DC-SSR) и твердотельные реле переменного тока (AC-SSR) в зависимости от типа источника питания нагрузки. В твердотельных реле постоянного тока в качестве переключающего элемента используются силовые полупроводниковые транзисторы (такие как BJT, MOSFET, IGBT) для управления состоянием ВКЛ / ВЫКЛ источника питания нагрузки постоянного тока, а в твердотельных реле переменного тока используются тиристоры (например, как Triac, SCR) в качестве переключающего элемента для управления состоянием ВКЛ / ВЫКЛ источника питания нагрузки переменного тока.

1.1 DC-SSR:

В зависимости от формы входа, SSR типа постоянного тока можно разделить на твердотельные реле постоянного тока с резистивным входом и твердотельные реле постоянного тока постоянного тока.

1.2 AC-SSR:

SSR типа AC можно классифицировать в соответствии со следующими стандартами.

1.2.1 Режим запуска управления:

В зависимости от режима запуска управления (время включения и выключения), SSR переменного тока можно разделить на твердотельные реле переменного тока с переходом через нуль, случайное включение Тип твердотельные реле переменного тока и пиковое включение Тип твердотельные реле переменного тока.

1) Твердотельные реле переменного тока с нулевым переходом (рис. 4.2), также известные как твердотельные реле переменного тока с триггером нулевого перехода, твердотельное реле с нулевым перекрестным включением, твердотельные реле переменного тока с нулевым переключением, твердотельные реле переменного тока с нулевым напряжением , или твердотельные реле переменного тока. Для реле SSR с переходом через нуль их состояние переключения выходной цепи синхронизируется с выходным сигнал, то есть «синхронный» с источником питания. Когда входной сигнал включен, если напряжение питания нагрузки находится в зоне, отличной от перехода через нуль, выходной терминал твердотельных реле с переходом через ноль не будет включаться; но если напряжение питания нагрузки достигает нулевой зоны, выходная клемма реле SSR перехода через ноль будет включена, а также цепь нагрузки будет быть включенным.Этот режим триггера может эффективно снизить пусковой ток, генерируемый при включении SSR, а также одновременно уменьшает сигнал помех в электросети и входной цепи управления. В Следовательно, твердотельные реле с переходом через ноль являются наиболее распространенным типом во многих областях.

2) Твердотельные реле переменного тока случайного включения (рис. 4.3), также известные как твердотельные реле переменного тока с произвольным включением, твердотельные реле переменного тока с произвольным включением, твердотельное реле переменного тока с произвольной проводимостью, твердотельное реле переменного тока с произвольным зажиганием , Твердотельное реле мгновенного включения, твердотельные реле переменного тока с ненулевым переключением, твердотельные реле переменного тока мгновенного включения, твердотельные реле мгновенного действия переменного тока, асинхронные твердотельные реле переменного тока или твердотельные реле переменного тока с фазовой модуляцией.Режим переключения выходной цепи реле ТТР произвольного типа управляется только сигналом управления и не зависит от сигнала источника питания, т. е. «асинхронен» с источником питания. Твердотельные реле случайного типа будут немедленно включены, пока есть входные сигналы на входных клеммах и независимо от состояния напряжения нагрузки. Поскольку случайное твердотельное Реле включается или выключается в любой фазе источника питания переменного тока, в момент включения может генерироваться сильный сигнал помехи.

3) Твердотельные реле переменного тока с пиковым включением также известны как твердотельные реле переменного тока с пиковым переключением или пиковое пожарное реле переменного тока. твердотельные реле. При подаче входного управляющего сигнала реле SSR пикового типа включаются в первой точке пика выходного напряжения переменного тока. для уменьшения пускового тока; если входной управляющий сигнал удален, пиковое твердотельное реле будет отключено.

1.2.2 Фаза:

В зависимости от фазы источника питания переменного тока AC-SSR можно разделить на твердотельные реле однофазного переменного тока и твердотельные реле трехфазного переменного тока.

1) В зависимости от различных функций однофазные твердотельные реле переменного тока можно разделить на однофазные твердотельные реле переменного / постоянного тока, однофазные твердотельные регуляторы напряжения, однофазные твердотельные регуляторы напряжения, одно открытое и одно закрытое однофазные твердотельные реле, однофазные твердотельные реле прямого и обратного направления, однофазные сдвоенные твердотельные реле и т. д. Следует отметить, что двойное реле (рис. 4.4), которое представляет собой однофазное твердотельное реле. реле, которое объединяет два однофазных промышленных твердотельных реле в один стандартный промышленный корпус с двойными входными клеммами и двойными выходными клеммами, причем каждый набор клемм ввода / вывода не зависит от другого набора, то есть двойного Реле SSR имеют больше контактов и могут обеспечивать более разнообразное управление, чем обычные типы.

2) Трехфазные твердотельные реле переменного тока могут использоваться непосредственно для управления трехфазными двигателями переменного тока, а твердотельные трехфазные твердотельные реле прямого-обратного переменного тока (или трехфазные реверсивные Твердотельное реле переменного тока) может использоваться для управления трехфазными двигателями прямого и обратного хода (трехфазные двунаправленные двигатели переменного тока или трехфазные двухоборотные двигатели переменного тока).

1.2.3 Компонент переключателя:

В соответствии с компонентами переключателя, AC-SSR можно разделить на твердотельные реле переменного тока обычного типа и твердотельные реле расширенного типа.В реле SSR обычного типа используется симистор. в качестве компонента переключения выхода, а реле SSR улучшенного типа использовали встречно-параллельный SCR в качестве компонента переключения.

2. Форма ввода / вывода:

В соответствии с формой ввода / вывода твердотельные реле можно разделить на четыре типа: твердотельные реле типа входа постоянного тока и выхода переменного тока (DC-AC SSR реле), твердотельные реле постоянного и постоянного тока на выходе (реле постоянного и постоянного тока SSR), твердотельные реле переменного и переменного тока на выходе (реле переменного-переменного тока SSR), твердотельные реле переменного тока на входе и выходе постоянного тока (AC- Реле постоянного тока SSR).

3. Тип переключателя:

В зависимости от типа переключателя, переключатели SSR можно разделить на твердотельные реле нормально открытого типа (или NO-SSR) и твердотельные реле нормально закрытого типа (или NC-SSR). Нормально разомкнутые твердотельные реле будут включены только тогда, когда на входные клеммы подается управляющий сигнал. Напротив, нормально закрытый твердотельный реле будут выключены, когда входной сигнал будет подан на входной терминал. (Если не указано иное, твердотельные реле в этом документе по умолчанию относятся к нормально разомкнутым твердотельным реле.)

4. Изоляция / соединение:

В соответствии с методами изоляции / соединения, SSR можно разделить на твердотельные реле с герконовым реле, твердотельные реле с трансформаторной связью, твердотельные реле с фотосвязью и твердотельные реле гибридного типа. государственные реле.

1) Герконовое реле SSR (рис. 4.5, а) использует герконовый переключатель в качестве метода изоляции. При подаче управляющего сигнала непосредственно (или через предусилитель) к катушке герконового реле, герконовый переключатель сразу замкнется, а тиристорный переключатель будет активирован, чтобы заставить нагрузку проводить.

2) В ТТР с трансформаторной муфтой (рис. 4.5, б) в качестве изолирующего устройства используется трансформатор. Трансформатор может преобразовывать управляющий сигнал малой мощности от первичной катушки во вторичную катушку, чтобы генерировать сигнал для возбуждения электронный переключатель. И если входной управляющий сигнал представляет собой напряжение постоянного тока, во входной цепи требуется преобразователь постоянного тока в переменный. После обработки путем выпрямления, усиления или других модификаций сигнал от вторичной катушки можно использовать для управлять переключающим компонентом.

3) SSR с фотосвязью (рис. 4.5, c), также известный как фотоизолированный SSR или оптопара. SSR использует оптический ответвитель в качестве изолятора. Оптический соединитель представляет собой оптоизолятор, который состоит из источника инфракрасного излучения (обычно светоизлучающего диода или светодиода) и светочувствительного полупроводникового компонента (такого как светочувствительный диод, фоточувствительный транзистор и фоточувствительный тиристор). В соответствии с различными компонентами (рис. 4.6), оптопара может быть в опто-диодном соединителе (фото-диодном соединителе), оптранзисторном соединителе (фото-транзисторном соединителе), опто-тиристорном соединителе (фото-тиристорном соединителе), и опто-симисторный ответвитель (фото-симисторный ответвитель).

Фото-полупроводниковое устройство обнаруживает инфракрасное излучение от светодиода, а затем выдает сигнал для управления полупроводниковым переключателем. По сравнению с герконовым реле и трансформатором, оптический изолятор имеет лучшую физическую изоляцию, чтобы Обеспечьте электрическую изоляцию между цепью нагрузки на выходе высокого напряжения и цепью входного сигнала низкого напряжения. А благодаря отличным изоляционным характеристикам и очень компактным размерам оптопары, твердотельное реле оптопары используется в очень широком диапазоне приложений.

4) Гибридное твердотельное реле — это специальное твердотельное реле, которое объединяет преимущества EMR и SSR, с высоким КПД и низким энергопотреблением. Входные и выходные цепи гибридных твердотельных реле состоят из реле SSR и герконового переключателя (или микроэлектромагнитного реле), включенных параллельно и управляемых различными управляющими сигналами (рисунок 4.7).

При подаче входного сигнала 1 SSR немедленно переключается во включенное состояние. Поскольку в электронном переключателе нет движущихся частей, он может стабильно и быстро переключать нагрузку и не генерирует дугу из-за высокого сетевого напряжения или сильного импульсного тока. во время переключения.После генерирования тока нагрузки ЭМИ будет управляться управляющим сигналом 2 и включаться. Поскольку ЭМИ подключено параллельно с ТТР, выходной контакт ЭМИ запитан без напряжения, и на контактах нет дуги. Затем, после некоторой задержки, дребезг контактов ЭМИ стабилизируется, и SSR будет выключен. EMR работает почти без нагрева, поэтому гибридные реле SSR могут работать без установленного радиатора.

5. Структура схемы:

В зависимости от структуры схемы твердотельное реле можно разделить на твердотельные реле с дискретной структурой и твердотельные реле с гибридной структурой.Твердотельные реле с дискретной структурой в основном собраны из дискретных компонентов. и печатная плата, а затем упакованные в заливку эпоксидной смолой, пластиковую герметизацию или обертывание смолой. Твердотельные реле с гибридной структурой использовать технологию толстопленочного комбайна для сборки дискретных компонентов и полупроводниковых интегральных схем (ИС), а затем заключить их в металлический или керамический корпус.

6. Производительность:

По характеристикам твердотельное реле можно разделить на твердотельные реле стандартного типа и твердотельные реле промышленного типа.Номинальный ток стандартного твердотельного реле обычно составляет от 10 до 120 А, а номинальный ток промышленного твердотельного реле относительно велик, может составлять от 60 до 2000 А или больше. Следовательно, промышленные реле SSR могут соответствовать строгим требованиям промышленной среды и промышленного оборудования.

7. Монтаж:

В соответствии с методами монтажа твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле для монтажа на панели (или для поверхностного монтажа), твердотельные реле для монтажа на DIN-рейку и для монтажа на печатной плате. твердотельные реле (или тип монтажа на печатную плату).И SSR для монтажа на печатной плате можно разделить на SSR для гнездового монтажа (или вставного типа) и SSR для кронштейна (или для фланцевого монтажа). Вставные твердотельные реле со многими стандартными пакетами (например, SIP, Mini-SIP и DIP), может быть напаян непосредственно на печатную плату, полагаясь на естественное охлаждение, без необходимости использования радиатора; твердотельные реле с фланцевым креплением требуют дополнительной металлической пластины или радиатора для отвода тепла.

8. Приложение:

В соответствии с приложением твердотельные реле можно разделить на твердотельные реле общего назначения, твердотельные реле с двусторонней передачей, автомобильные твердотельные реле, твердотельные реле с фиксацией (входной сигнал проходит как логический Исключающее ИЛИ или XOR, поэтому любой вход может блокировать / разблокировать выход) и т. Д.
Реле с фиксацией может продолжать проводить и непрерывно выводить управляющий сигнал, даже если отключение управляющего тока, и его можно выключить только путем ввода обратного тока или кнопки выключения. Блокировка обычно используется в высоковольтных цепях, чтобы избежать распространения аварий.

§5. Каковы основные параметры твердотельных реле

Основные параметры твердотельных реле делятся на три категории: входные параметры, выходные параметры и другие параметры.

Входные параметры:

Диапазон входного напряжения / входной ток:

1) Диапазон входного напряжения относится к значению диапазона напряжения, которое должно быть входным (т. Е. Минимальным) или допустимым входным (т. Е. Максимумом) для твердотельное реле для нормальной работы при температуре окружающей среды 25 ° C.

2) Входной ток относится к соответствующему входному току. значение при определенном входном напряжении.

Напряжение включения / Напряжение выключения:

1) Напряжение включения (напряжение включения).Когда входное напряжение (напряжение, приложенное к входной клемме) больше или равно напряжение включения, выходной терминал будет включен.

2) Напряжение выключения (напряжение выключения). Когда входное напряжение (напряжение приложено к входному зажиму) меньше или равно напряжению отключения, выходной зажим будет отключен.

Напряжение перехода через нуль:

Строго говоря, напряжение перехода через ноль — это не точка напряжения, а диапазон напряжений, который определяется внутренними компонентами реле перехода через нуль, который обычно очень низкий и почти несущественный.Если напряжение источника питания ниже напряжения перехода через нуль, реле перехода через нуль не будет включено; и если напряжение превышает напряжение перехода через нуль, переход через нуль реле будет во включенном состоянии.

Выходные параметры:

Номинальное выходное напряжение / номинальный рабочий ток:

1) Номинальное выходное напряжение — это максимальное рабочее напряжение нагрузки, которое могут выдержать выходные клеммы.

2) Номинальный рабочий ток — это максимальный установившийся рабочий ток, который может проходить через выходные клеммы при температуре окружающей среды 25 ° С.

Падение выходного напряжения / выходной ток утечки:

1) Падение выходного напряжения — это измеренное выходное напряжение при номинальном рабочем токе, когда твердотельное реле находится во включенном состоянии.

2) Выходной ток утечки относится к измеренному значению тока, протекающего через нагрузку, при условии, что твердотельное реле находится в в выключенном состоянии, и на выходную клемму подается номинальное выходное напряжение.
Этот параметр является показателем качества и производительности твердотельных реле.Чем меньше падение выходного напряжения и выходной ток утечки, тем лучше твердотельное реле.

Пусковой ток:

Пусковой ток, также известный как ток перегрузки, входной импульсный ток или импульсный ток включения, относится к неповторяющемуся максимальному значению (или току перегрузки), при котором устройство не будет необратимо повреждено, и выходные клеммы могут выдерживать, когда твердотельное реле находится во включенном состоянии. Пусковой ток SSR переменного тока составляет 5 ~ 10 раз (за один цикл) номинального рабочего тока, а SSR постоянного тока равен 1.5 ~ 5 раз (за одну секунду) номинального рабочего тока.

Другие параметры:

Потребляемая мощность:

Потребляемая мощность — это максимальное значение мощности, потребляемой самим твердотельным реле в состоянии включения и выключения.

Время включения / время выключения:

1) Время включения (или время включения) — это время, которое требуется нормально разомкнутому твердотельному реле для запуска после включения входное управляющее напряжение до тех пор, пока выходная клемма не начнет включаться и выходное напряжение не достигнет 90% окончательного изменения.

2) Время выключения (или время выключения) — это время, которое требуется нормально разомкнутому твердотельному реле, чтобы начать с момента отключения входного управляющего напряжения до тех пор, пока выходная клемма не начнет отключаться, и выходное напряжение достигает 90% окончательной вариации.

Это также важный параметр для оценки характеристик твердотельных реле. Чем короче время включения и выключения, тем лучше коммутационная способность твердотельного реле.

Сопротивление изоляции / диэлектрическая прочность:

1) Сопротивление изоляции относится к измеренному значению сопротивления между входной клеммой и выходной клеммой твердотельного реле при приложении определенного постоянного напряжения (например, 550 В).Он также может Включите измеренное значение сопротивления между входной клеммой и внешним кожухом (включая радиатор), а также измеренное значение сопротивления между выходной клеммой и корпусом.

2) Диэлектрическая прочность или выдерживаемое напряжение диэлектрика относится к максимальному значению напряжения, которое может выдерживаться между входной клеммой и выходной клеммой твердотельного реле. Он также может включать максимальное напряжение допустимое напряжение между выходной клеммой и корпусом, а также максимальное допустимое напряжение между входной клеммой и внешним корпусом.

Рабочая температура / максимальная температура перехода:

1) Рабочая температура относится к допустимому диапазону нормальной рабочей среды, когда твердотельное реле устанавливает радиатор в соответствии со спецификацией или когда радиатор не установлен.

2) Температура перехода, сокращенно от температуры перехода транзистора, — это фактическая рабочая температура полупроводника в электронном устройстве. В процессе эксплуатации она обычно выше температуры корпуса и внешнего температура компонента.Максимальная температура перехода — это самая высокая температура перехода, допускаемая компонентом переключения выхода.

§6. Каков принцип работы твердотельных реле

Из этой главы вы узнаете, как работают твердотельные реле. Из-за различных условий применения твердотельные реле имеют немного разные внутренние компоненты, но принцип работы схож. Схема внутреннего замещения обычных твердотельных реле представлена ​​на рисунке. ниже (рисунок 6.1). Принцип работы твердотельных реле можно описать просто так: для NO-SSR, когда соответствующий сигнал управления подается на Входной терминал (IN) твердотельного реле, выходной терминал (OUT) будет переключен из выключенного состояния во включенное состояние; если управляющий сигнал отменен, выходной терминал (OUT) будет возвращен в выключенное состояние. В этом процессе твердотельные реле осуществляют бесконтактное управление состояниями переключателя источника питания нагрузки, подключенного к выходным клеммам.Следует отметить, что входной терминал может быть подключен только к управляющему сигналу, а нагрузка должна быть только быть подключенным к выходной цепи.

В зависимости от типа нагрузки SSR можно разделить на два типа: твердотельное реле постоянного тока (DC-SSR) и твердотельное реле переменного тока (AC-SSR). DC-SSR действуют как переключатель нагрузки на источниках питания постоянного тока, а AC-SSR действуют как переключатель нагрузки на питании переменного тока. запасы. Они несовместимы друг с другом и не могут быть смешаны.

1) Твердотельное реле постоянного тока (рисунок 6.1, слева), напряжение управляющего сигнала которого поступает с входной клеммы (IN), а затем подается управляющий сигнал. к приемной цепи через оптопару, и в конечном итоге сигнал усиливается усилителем, чтобы управлять состоянием переключения транзистора. Очевидно, что выходной терминал (OUT) твердотельного реле постоянного тока разделен на положительный Клемма (+ полюс) и отрицательная клемма (- полюс), будьте осторожны, чтобы не допустить ошибок при подключении выходной клеммы реле постоянного тока SSR к управляемой цепи.

2) Твердотельное реле переменного тока (Рисунок 6.1, справа) используется для управления состоянием ВКЛ / ВЫКЛ цепи нагрузки переменного тока. В отличие от твердотельных реле постоянного тока, в реле переменного тока SSR используется двунаправленный тиристор (симистор) или другие электронные переключающие компоненты переменного тока. Следовательно, на выходном терминале нет положительного / отрицательного вывода. (OUT) твердотельного реле переменного тока.

Принцип работы твердотельных реле переменного тока с переходом через ноль

Поскольку твердотельные реле переменного тока с переходом через ноль являются более совершенными и более типичными, чем твердотельные реле других типов, подробности работы твердотельных реле переменного тока с переходом через ноль могут помочь проиллюстрировать Полный принцип работы реле SSR:

1.Функция каждой части:

Ниже представлено представление SSR перехода через ноль переменного тока (рисунок 6.2). А цепь A ~ E на блок-схеме образует тело SSR переменного тока с переходом через ноль. В целом реле SSR представляет собой четырехконтактный переключатель нагрузки, имеющий всего две входные клеммы. (③ и ④) и две выходные клеммы (① и ②). Когда реле SSR с переходом через ноль переменного тока работает, до тех пор, пока к клеммам ③ и добавлен определенный управляющий сигнал, можно управлять состоянием ВКЛ / ВЫКЛ контура между клеммами ① и.

Схема соединения A используется для обеспечения канала ввода / вывода для устройства управления, подключенного к клеммам ③ и, и электрически разрывает соединение между входными клеммами и выходными клеммами SSR, чтобы предотвратить выходная цепь от вмешательства во входную цепь. Наиболее часто используемым компонентом в схеме связи является оптопара с высокой чувствительностью срабатывания, высокой скоростью отклика и высокой диэлектрической прочностью (выдерживаемым напряжением) между ними. входные и выходные клеммы.Поскольку входная нагрузка оптопары представляет собой светоизлучающий диод (LED), это позволяет легко согласовывать входное значение твердотельного реле с уровнем входного сигнала устройства управления и дает возможность подключения входные клеммы реле SSR напрямую подключаются к выходному интерфейсу компьютера, то есть твердотельное реле может управляться логическим уровнем «1» и «0».
Функция цепи запуска B заключается в генерации подходящего триггера. сигнал для приведения в действие цепи переключения D .Однако, если не добавить специальную схему управления, схема переключения будет генерировать радиочастотные помехи (RFI), которые будут загрязнять сеть высшими гармониками и выбросами, Таким образом, схема детектора перехода через ноль C специально разработана для решения этой проблемы.
Демпферная цепь E предназначена для предотвращения скачков и скачков напряжения от источника питания, вызывающих удары и помехи (даже неисправности). к переключающим транзисторам. Обычно в качестве демпфирующей цепи используется RC-цепь (цепь резистор-конденсатор, RC-фильтр или RC-цепь) или нелинейный резистор (например, варистор).Варистор, также называемый резистором, зависящим от напряжения (VDR), представляет собой электронный компонент, значение сопротивления которого изменяется нелинейно с приложенным напряжением, и наиболее распространенным типом варистора является варистор на основе оксида металла (MOV), такой как нелинейный резистор на основе оксида цинка (ZNR).

2. Функция каждого компонента:

На рисунке ниже показаны внутренние принципиальные схемы триггера перехода через ноль типа AC-SSR (Рисунок 6.3)

R1 — это токоограничивающий резистор, ограничивающий ток входного сигнала. и гарантирует, что оптопара не будет повреждена. Светодиод используется для отображения состояния входа входного управляющего сигнала. Диод VD1 используется для предотвращения повреждения оптопары при инвертировании положительного и отрицательного полюсов входного сигнала. Оптрон OPT электрически изолирует входные и выходные цепи. Триод M1 действует как инвертор и составляет схему обнаружения перехода через нуль. с тиристором SCR одновременно, а рабочее состояние тиристора SCR определяется транзистором M1 обнаружения нуля переменного напряжения. VD2 ~ VD4 образуют двухполупериодный выпрямительный мост (или двухполупериодный диодный мост) UR . Двунаправленный пусковой импульс для включения симистора BCR может быть получен от SCR и UR. R6 — шунтирующий резистор, используемый для защиты BCR. R7 и C1 образуют сеть, поглощающую скачки напряжения, для поглощения скачков напряжения или скачков тока в электросети для предотвращения ударов или помех. к схеме переключения. RT — это термистор, который действует как защита от перегрева, чтобы предотвратить повреждение твердотельных реле из-за чрезмерных температур. VDR — варистор, который действует как устройство ограничения напряжения, фиксирующее напряжение и поглощает избыточный ток для защиты твердотельного реле, когда выходная цепь перенапряжения.

3. Процесс работы:

Твердотельное реле с переходом через ноль переменного тока имеет характеристики включения, когда напряжение пересекает ноль, и выключения, когда ток нагрузки пересекает ноль.

Когда оптопара OPT выключена (т. Е. Управляющий вывод OPT не имеет входного сигнала), M1 насыщается и включается, получая базовый ток от R2, и, как результат, напряжение запуска затвора (UGT) тиристора SCR зажата к низкому потенциалу и выключили.Следовательно, симистор BCR находится в выключенном состоянии, потому что на выводе R6 управления затвором нет запускающего импульса.
Когда входной управляющий сигнал поступает на входную клемму твердотельного реле, фототранзистор OPT включен (т.е. на управляющую клемму OPT поступает входной сигнал). После деления напряжения питающей сети на R2 и R3, если напряжение в точке A больше, чем напряжение перехода через нуль M1 (т.е. VA> VBE1), M1 будет в состоянии насыщенной проводимости, а тиристоры SCR и BCR будут в выключенном состоянии.Если напряжение в точке А меньше точки перехода через ноль напряжение M1 (т.е. VA С помощью описанного выше процесса можно понять, что M1 используется в качестве детектора напряжения переменного тока для включения твердотельного реле, когда напряжение нагрузки пересекает ноль, и включения выключение твердотельного реле, когда ток нагрузки пересекает ноль.А благодаря функции детектора перехода через нуль влияние цепи нагрузки на нагрузку соответственно уменьшается, и генерируются радиочастотные помехи. в контуре управления также значительно сокращается.

4. Определение перехода через нуль:

Здесь необходимо пояснить, что такое переход через нуль. В переменном токе переход через нуль — это мгновенная точка, в которой отсутствует напряжение, то есть соединение между положительным полупериодом и отрицательным полупериодом. формы волны переменного тока.В каждом цикле переменного тока обычно происходит два перехода через ноль. И если электросеть переключается в момент перехода через нуль, никаких электрических помех не возникает. Твердотельное реле переменного тока (оснащенный схемой управления переходом через ноль) будет находиться в состоянии ВКЛ, когда входная клемма подключена к управляющему сигналу и выходное напряжение переменного тока пересекает ноль; и наоборот, когда управляющий сигнал выключен, SSR будет в OFF состояние до следующего перехода через ноль.
Кроме того, следует отметить, что переход через ноль твердотельного реле на самом деле не означает нулевое напряжение формы волны напряжения источника питания. Рисунок 6.5 представляет собой разрез синусоидального сигнала переменного напряжения. волна. В соответствии с характеристиками переключающего компонента переменного тока напряжение переменного тока на рисунке разделено на три области, которые соответствуют трем состояниям выходной цепи SSR. А U1 и U2 соответственно представляют пороговое напряжение и напряжение насыщения переключающего компонента.

1) Область Ⅰ — это зона нечувствительности (область отключения, область отключения или область отключения) с абсолютным значением диапазона напряжения 0 ~ U1. И в этой зоне переключатель SSR не может быть включен, даже если добавлен входной сигнал.

2) Область Ⅱ — это область ответа (активная область, Область включения, область включения или область включения) с абсолютным значением диапазона напряжения U1 ~ U2. В этой зоне SSR сразу включается, как только добавляется входной сигнал, а выходное напряжение увеличивается по мере увеличения напряжения питания.

3) Область — это область подавления (область насыщения) с абсолютным значением диапазона напряжений, превышающим U2. В этом регионе, переключающий элемент (тиристор) находится в состоянии насыщения. И выходное напряжение твердотельного реле больше не будет увеличиваться с увеличением напряжения источника питания, но ток увеличивается с увеличением напряжения, что может можно рассматривать как состояние внутреннего короткого замыкания выходной цепи твердотельного реле, то есть твердотельное реле находится во включенном состоянии как электронный переключатель.

На рис. 6.6 показана форма сигнала ввода / вывода твердотельного реле с переходом через ноль. И из-за природы тиристора твердотельное реле будет в состояние включено после того, как напряжение на выходных клеммах достигнет порогового напряжения (или напряжения триггера схемы триггера). Тогда твердотельное реле будет в фактическом включенном состоянии после достижения напряжения насыщения, и в то же время время, генерировать очень низкое падение напряжения в открытом состоянии. Если входной сигнал отключен, твердотельное реле выключится, когда ток нагрузки упадет ниже тиристорного. ток удержания или следующая точка коммутации переменного тока (т.е. первый раз ток нагрузки проходит через ноль после выключения реле SSR).

§7. Каково применение твердотельных реле

Из этой главы вы узнаете, где использовать твердотельные реле и для чего они используются.

Система управления освещением:

Быстрое переключение, длительный срок службы и высокая надежность твердотельных реле отлично подходят для системы управления освещением. В области светофоров рабочая среда светофоров сложная, но твердотельные реле с с ней могут столкнуться отличные характеристики (влагозащищенность, взрывозащищенность, антикоррозийность).И твердотельные реле могут соответствовать требованиям для светофоров с мигающим сигналом, которые часто закрываются и открываются, потому что они могут поддерживать интервалы переключения 10 миллисекунд или больше. А в системах управления сценическим освещением (обычно применяемых в постановках театра, танцев, оперы и других исполнительских искусств) твердотельные реле могут работать с компьютерной системой для управления несколькими огни и реализовать сложные световые эффекты, чтобы усилить атмосферу сцены.

Система дистанционного управления:

Для систем дистанционного управления обычно требуются малоточные сигналы для управления мощным оборудованием, таким как электродвигатели, импульсные клапаны и другое оборудование. В качестве электронного переключающего элемента без механических контактов твердотельные реле широко используются в системах дистанционного управления с превосходными преимуществами: гибкое управление, высокая надежность, высокая долговечность, отсутствие искр, отсутствие шума, быстрое переключение, высокая рабочая частота, сильная противоинтерференционная способность и т. д.

Машины с числовым программным управлением:

Многие традиционные механические реле в машинах с числовым программным управлением (станки с ЧПУ) постепенно заменяются твердотельными реле. Благодаря отличной прочности и высокой чувствительности твердотельные реле применяется для обеспечения высокой точности и качества обработки с ЧПУ. В сервосистеме станка с ЧПУ твердотельное реле может непрерывно получать управляющий сигнал и точно управлять обрабатывающим станком.

Оборудование для обогрева / охлаждения:

Обычно существует три способа управления оборудованием для обогрева / охлаждения: твердотельное реле (SSR), тиристорный модуль (модуль SCR) и контактор переменного тока. В настоящее время твердотельные реле и модули SCR очень распространены в охлаждающем / нагревательном оборудовании, но, в отличие от них, модули SCR не рентабельны, поэтому твердотельные реле чаще всего используется в отопительном / охлаждающем оборудовании, таком как электрические духовки, кофеварки, торговые автоматы, сковороды, фритюрницы, кондиционеры, холодильники и т. д.Твердотельные реле также хорошо работают в оборудовании для контроля температуры. Таймер SSR управления микроконтроллером SSR и SSR ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-производный контроллер) используются в устройстве контроля температуры для поддержания температурной стабильности устройства, например HVAC (Отопление, вентиляция и воздух. Кондиционирование).

Медицинское оборудование:

В области медицинского оборудования оборудование имеет строгие требования к рабочей частоте и точности операций, поэтому компоненты медицинского оборудования должны иметь хорошие характеристики (высокую точность, долговечность и т. д.). Твердотельные реле могут удовлетворить эти требования большинства медицинских устройств, например, устройства инфракрасного излучения имеют огромную тепловую инерцию, но при подключении твердотельных реле к пластине излучения, становится очень легко контролировать температуру устройства инфракрасного излучения через твердотельные реле.

Электромобили:

Твердотельные реле широко применяются в области электромобилей. Например, взрывозащищенные твердотельные реле используются в топливных элементах. транспортных средств (водородные топливные элементы) во избежание возникновения электрической дуги и некорректной работы при вибрации.Кроме того, каждый блок питания высокого напряжения защищен комбинацией нескольких твердотельных реле, предохранителей и фильтрующих конденсаторов.

Химическая и горнодобывающая промышленность:

Учитывая сложные условия работы и особые требования (взрывозащищенность, влагостойкость и антикоррозионные свойства) химической и горнодобывающей промышленности, традиционные механические реле не могут удовлетворить такие требования, поэтому многие твердотельные реле используются для промежуточных контроллеров основного механического оборудования, такого как твердотельные реле, установленные в больших угольных лифтах.

Компьютерная система управления:

Компьютерная система управления (включая периферийные устройства компьютера) предъявляет высокие требования к реле, но типы твердотельных реле различны. может помочь компьютерным устройствам управлять различными блоками питания для управления большим механическим оборудованием автоматизации или гидравлическим и пневматическим оборудованием, потому что твердотельные реле имеют характеристики: переход через ноль, хорошая электромагнитная совместимость, высокая чувствительность, быстрая скорость переключения, низкий уровень управляющих сигналов , совместим с логической схемой (TTL, CMOS, DTL, HTL) и даже может быть напрямую подключен к устройству управления микрокомпьютером и т. д.

Другие приложения:

Промышленные устройства — промышленная обработка, станок с ЧПУ, автоматизированная сборочная линия …

Кухня / бытовая техника — Кухонная техника, бытовая техника …

Электродвигатель — двигатель постоянного тока, двигатель переменного тока , Реверсивный двигатель …

Система автоматического управления — программируемый контроллер, шкаф электрического управления …

Офисное оборудование — принтер, измельчитель …

Система управления батареями — резервный источник питания, зарядная батарея, новая энергия …

Сварочные / режущие аппараты — Аппарат для точечной сварки, Электросварочный аппарат, Аппарат для плазменной резки …

Система управления освещением — Сценическое освещение, Интеллектуальное освещение, Освещение дорожного движения …

Медицинское устройство — Ультразвуковой генератор , Автоклав …

§8. Как выбрать твердотельные реле

При выборе подходящих твердотельных реле следует учитывать следующие варианты на основе фактических требований:

1) Напряжение нагрузки — переменный или постоянный ток

2) Ток нагрузки — максимальный и минимальный Сила тока

3) Тип нагрузки — резистивная, индуктивная или емкостная

4) Входной управляющий сигнал — переменный или постоянный ток

5) Способ монтажа — монтаж на печатной плате, панели или на DIN-рейке

6) Температура окружающей среды — для расчета коэффициента снижения номинальных характеристик и размер радиатора

7) Международная сертификация — Underwriter Laboratories (UL), Канадская ассоциация стандартов (CSA), Британский совет по утверждению телекоммуникаций (BABT), Verband Deutscher Elektrotechniker (VDE), Technischen Uberwachungs Vereine (TUV), Conformite Europeene (CE) или другой.

Напряжение нагрузки:

Первое, что нужно учитывать, это то, является ли напряжение нагрузки переменным или постоянным, чтобы определить, выбрано ли значение AC-SSR или DC-SSR. Во-вторых, следует учитывать напряжение источника питания нагрузки, которое не может быть больше номинального выходного напряжения и меньше. чем минимальное напряжение твердотельного реле. Затем рассмотрите величину напряжения нагрузки и переходного напряжения. Напряжение нагрузки относится к к установившемуся напряжению, приложенному к выходной клемме переключателя SSR, а переходное напряжение относится к максимальному напряжению, которое выходные клеммы реле SSR выдерживают.Когда индуктивная нагрузка переменного тока, нагрузка однофазного двигателя или нагрузка трехфазного двигателя переключается или активируется, напряжение на выходе реле SSR может быть в два раза больше пикового напряжения источника питания, и это напряжение не может быть больше переходного напряжения SSR, чтобы чрезмерное ударное напряжение не повредило электронный переключатель. Поэтому при выборе SSR лучше всего оставить запас для выходного напряжения и выбрать реле SSR с RC-цепью, чтобы защитить твердотельное реле и оптимизировать dv / dt.

RC-цепь:

RC-цепь, также известная как RC-фильтр, RC-демпфер или RC-цепь, представляет собой цепь, состоящую из резистора и конденсатора. Рекомендуется выбирать твердые реле состояния с варисторной абсорбционной цепью и RC-демпфирующей цепью. Цепь RC блокирует прохождение определенных частот и позволяет другим частотные сигналы, чтобы отфильтровать мешающие сигналы. Кроме того, RC-цепь также может использоваться для уменьшения скорости нарастания выходного напряжения (dv / dt), для поглощения импульсного напряжения, подавления чрезмерного переходного напряжения / тока и предотвратить выход твердотельного реле из строя из-за перенапряжения.

Ток нагрузки:

Значение выходного тока твердотельного реле — это установившийся ток, протекающий через выходные клеммы SSR, который обычно равен току нагрузки, подключенной к выходной клемме SSR. Поскольку переключающие элементы SSR-переключателей очень чувствительны к температуре, а перегрузка по току может генерировать большое количество тепла, перегрузочная способность SSR слабый. Следовательно, выходной ток реле SSR не должен превышать его номинальный выходной ток, а импульсный ток не должен превышать перегрузочную способность, особенно для индуктивных / емкостных нагрузок, которые склонны генерировать импульсные токи. а также пусковой ток, генерируемый самим источником питания.
Для выходного тока требуется запас, чтобы избежать чрезмерных пусковых токов, которые сокращают срок службы твердотельного накопителя. реле. Для обычных резистивных нагрузок номинальное эффективное значение рабочего тока может быть выбрано на основе 60% от номинального значения. Кроме того, можно рассмотреть возможность использования быстрого предохранителя и воздушного переключателя для защиты выходного контура или добавления контура приемника RC. и варистор (MOV) на выходе реле. Спецификация выбора варистора заключается в выборе MOV 500 В ~ 600 В для SSR 220 В переменного тока и MOV 800 В ~ 900 В для SSR 380 В переменного тока.

Пусковой ток:

Практически все контролируемые нагрузки генерируют большие пусковые токи в момент включения. Например:

1) Электронагревательные приборы, такие как лампы накаливания, электрические печи и т. д. Это чисто резистивные нагрузки с положительным коэффициентом стабильности, но сопротивление невелико при низкой температуре, поэтому ток при запуске будет в несколько раз превышать ток в установившемся режиме.

2) Некоторые типы ламп в перегоревшем состоянии имеют низкое сопротивление.

3) Когда двигатель включен, ротор заблокирован и выключен, он будет генерировать большой пусковой ток и напряжение. Заблокированный ротор — это ситуация, в которой двигатель все еще выдает крутящий момент при скорости 0 об / мин, в то же время коэффициент мощности двигателя будет чрезвычайно низким, а ток может достигать 7 раз номинального тока.

4) Когда промежуточное реле или соленоидный клапан закрывается ненадежно и отскакивает, это также будет генерировать большой пусковой ток.

5) При переключении конденсаторной батареи или источника питания конденсатора возникает аналогичное короткое замыкание и генерируется очень большой ток.

6) Когда двигатель с конденсаторной коммутацией работает в обратном направлении, напряжение конденсатора и напряжение питания накладываются на выходную клемму SSR, и SSR будет выдерживают скачки напряжения, вдвое превышающие напряжение питания.

Чрезмерный пусковой ток может повредить полупроводниковые переключатели внутри SSR. Следовательно, при выборе реле в первую очередь следует проанализировать импульсные характеристики управляемой нагрузки, чтобы реле могло выдерживать пусковой ток, обеспечивая при этом работу в установившемся режиме.Номинальный ток твердотельного реле следует выбирать в соответствии с фактическими требованиями к коэффициенту снижения номинальных характеристик. И если выбранное реле должно работать в месте с частым срабатыванием, длительным сроком службы и высокой надежностью, номинальный ток следует разделить на 0,6 на основе известного коэффициента снижения номинальных характеристик, чтобы обеспечить надежность работы. Кроме того, резистор или катушка индуктивности могут быть подключены последовательно к выходному контуру для дальнейшего ограничения тока.
Внимание: пожалуйста, не используйте значение импульсного тока SSR в качестве основы для выбора пускового тока нагрузки.Поскольку значение импульсного тока реле SSR основано на импульсном токе электронного переключателя с предварительным условием половины (или одного) цикла питания, то есть 10 мс или 20 мс.

Тип нагрузки:

Нагрузки можно разделить на три типа в зависимости от электрического сопротивления: тип резистивной нагрузки (или чисто резистивная нагрузка), тип индуктивной нагрузки и тип емкостной нагрузки. В обычных электрических сетях нет чисто индуктивной нагрузки и чисто емкостной нагрузки. устройств, потому что эти два типа нагрузки не вырабатывают активной мощности.В последовательно-параллельной цепи, если емкостное реактивное сопротивление больше индуктивного реактивного сопротивления, цепь является емкостной нагрузкой; наоборот.

Резистивная нагрузка:

В двух словах, нагрузка, которая работает только с резистивными компонентами, называется резистивной нагрузкой. Однако некоторые нагрузки имеют низкое сопротивление при низких температурах, что приводит к большему пусковому току. Например, при включении электропечи ток в 1,3–1,4 раза больше стабильного; при включении лампы накаливания ток в 10 раз превышает установившийся ток.
Q1: Какие характеристики у резистивной нагрузки (при работе)?
A1: В цепи постоянного тока соотношение между током и напряжением соответствует фундаментальному закону Ома, I = U / R; в AC В цепи фаза тока совпадает с фазой напряжения (по сравнению с источником питания).
Q2: Какие резистивные нагрузки?
A2: Нагревательное устройство, которое нагревается электрическим сопротивлением (например, печь сопротивления, духовка, электрический водонагреватель, горячее масло и т. Д.), И лампы, которые используют резистивный провод для излучения света (например, йодно-вольфрамовая лампа, лампа накаливания и т. Д.)).

Индуктивная нагрузка:

Вообще говоря, индуктивная нагрузка — это нагрузка, которая применяет принцип электромагнитной индукции (с параметрами индуктивности), например, высокомощная. электротехническая продукция (например, холодильники, кондиционеры и т. д.). Индуктивная нагрузка увеличит коэффициент мощности цепи, и ток через индуктивную нагрузку не может резко измениться. При запуске индуктивный нагрузка требует гораздо большего пускового тока (примерно в 3-7 раз), чем ток, необходимый для поддержания нормальной работы.Например, пусковой ток асинхронного двигателя в 5-7 раз превышает номинальное значение, а пусковой ток двигателя постоянного тока немного больше, чем пусковой ток двигатель переменного тока; некоторые металлогалогенные лампы имеют время включения до 10 минут, а их импульсные токи до 100 раз превышают постоянный ток.
Кроме того, при включении или выключении питания индуктивная нагрузка будет создавать противодействующую электродвижущую силу (обычно в 1-2 раза превышающую напряжение питания), а противодействующая электродвижущая сила (сокращенно счетная ЭДС или просто CEMF) будет накладываться на источник питания. напряжение, и результирующее напряжение до трех раз превышает напряжение питания.Таким образом, когда тип нагрузки является индуктивной нагрузкой, выходной терминал твердотельного реле следует подключить варистор с выдерживаемым напряжением в 1,6–1,9 раза превышающим напряжение нагрузки. ЭДС счетчика — это неопределенное значение, которое изменяется в зависимости от L и di / dt, и если текущая скорость изменения (di / dt) слишком высока, SSR будет поврежден. В практических приложениях CEMF может быть уменьшена последовательной индуктивностью L, а величина индуктивности L зависит от размера и стоимости.
Q3: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A3: Индуктивные нагрузки отстают (ток отстает от напряжения).В цепи постоянного тока индуктивная нагрузка позволяет току протекать через катушку индуктивности и накапливать энергию, а ток отстает от напряжения. В цепи переменного тока фаза тока отстает от фазы напряжения (по сравнению с источником питания), и фаза может отставать на четверть цикла (или 90 градусов) максимум.
Q4: Что такое индуктивные нагрузки?
A4: Лампы, работающие под напряжением. газ для излучения света (например, лампы дневного света, натриевые лампы высокого давления или лампы HPS, ртутные лампы, металлогалогенные лампы и т. д.), и электрооборудование большой мощности (например, моторное оборудование, компрессоры, реле и т. д.).

Емкостная нагрузка:

Обычно нагрузка с параметром емкости называется емкостной нагрузкой, а емкостная нагрузка снижает коэффициент мощности схемы. Во время зарядки или разрядки емкостная нагрузка эквивалентна короткому замыканию, потому что напряжение на конденсаторе не может быть изменено резко.
Q5: Каковы характеристики индуктивной нагрузки (при работе)?
A5: Емкостные нагрузки идут впереди (напряжение токоведущих проводов).В цепях постоянного тока емкостные нагрузки предотвращают протекание тока, но могут накапливать энергию. В цепях переменного тока фаза тока опережает фазу напряжения (по сравнению с источником питания), а фаза может составлять максимум четверть цикла (или 90 градусов).
Q6: Какие индуктивные нагрузки?
A6: Устройство с конденсатором, например компенсационным конденсатором. И устройства управления питанием, такие как импульсные источники питания, ИТ-оборудование и т. Д.

Как выбрать твердотельное реле в соответствии с типом нагрузки

1) Для индуктивных и емкостных нагрузок следует использовать твердотельное реле с более высоким значением dv / dt. рекомендуется, если применяется большая dv / dt (скорость экспоненциального нарастания напряжения) к выходной клемме реле во время включения / выключения твердотельного реле переменного тока.

2) Для резистивных нагрузок переменного тока и большинства индуктивных нагрузок переменного тока доступны реле перехода через нуль, которые продлевают срок службы нагрузки и реле и уменьшают собственные радиочастотные помехи.

3) В качестве фазового выходного контроллера следует использовать твердотельное реле произвольного типа.

* Коэффициент мощности:

В электротехнике коэффициент мощности системы переменного тока определяется как отношение реальной мощности, протекающей к нагрузке, к полной мощности в цепи, и представляет собой безразмерное число в замкнутом интервале. от -1 до 1.Если не указано иное, мощность нагрузки обычного продукта представляет собой полную мощность (включает как активную, так и реактивную мощность). Но общая характеристика индуктивной нагрузки часто дает величину активной мощности. Для Например, несмотря на то, что люминесцентная лампа имеет маркировку от 15 до 40 Вт (ее активная мощность), ее балласт потребляет приблизительно 8 Вт мощности, поэтому для расчета общей мощности следует добавить 8 Вт к 15 ~ 40 Вт. Индуктивная часть продукта (т. Е. количество реактивной мощности) можно рассчитать исходя из заданного коэффициента мощности.

Входной управляющий сигнал:

1) Входное управляющее напряжение: входное управляющее напряжение имеет широкий диапазон от 3 до 32 В.

2) Входной управляющий ток: входной ток SSR постоянного тока и однофазных SSR переменного тока обычно составляет около 10 мА, а входной ток трехфазных SSR переменного тока обычно составляет около 30 мА, который также можно настроить на менее 15 мА. .

3) Управляющая частота: рабочая частота управления твердотельных реле переменного тока обычно не превышает 10 Гц, а период управляющего сигнала твердотельного реле постоянного тока должен быть более чем в пять раз больше суммы «времени включения» и «времени выключения». «.

Метод установки:

Во многих случаях мощность нагрузки ограничивает то, устанавливается ли SSR на печатной плате, панели или на DIN-рейке.

Температура окружающей среды:

Когда реле находится во включенном состоянии, оно выдерживает рассеиваемую мощность P = V (падение напряжения в открытом состоянии) × I (ток нагрузки), и это сильно влияет на нагрузочную способность SSR. по температуре окружающей среды и собственной температуре. Если температура окружающей среды слишком высока, нагрузочная способность SSR неизбежно соответственно снизится, кроме того, переключатель SSR может выйти из-под контроля или даже навсегда выйти из строя. поврежден.Следовательно, необходимо установить определенный запас в соответствии с фактической рабочей средой и выбрать подходящий размер радиатора, чтобы обеспечить условия отвода тепла. Для токов нагрузки более 5А следует использовать радиатор. быть установленным. Для токов выше 100 А радиатор и вентилятор должны быть оборудованы для сильного охлаждения. Если реле SSR работает при высоких температурах (40 ° C ~ 80 ° C) в течение длительного времени ток нагрузки может быть уменьшен в соответствии с максимальным выходным током и кривой температуры окружающей среды, предоставленной производителем для обеспечения нормальной работы, а ток нагрузки обычно регулируется в пределах 1/2 от номинальное значение.

* Коэффициент снижения номинальных характеристик:

В таблице ниже показан рекомендуемый коэффициент снижения номинального выходного тока твердотельных реле, применяемых к различным нагрузкам при комнатной температуре (допустимая перегрузка и импульсный ток нагрузки). считается).

Существует два способа использования коэффициента снижения номинальных характеристик:

1) Номинальное значение тока твердотельного реле может быть выбрано в соответствии с коэффициентом снижения номинальных характеристик для различных сред и различных типов нагрузки.Номинальный ток реле SSR равен значению продолжительного тока нагрузки, деленному на коэффициент снижения номинальных характеристик.

2) Если выбрано твердотельное реле и тип нагрузки или изменения окружающей среды, ток нагрузки следует регулировать в зависимости от кривой нагрузки и коэффициента снижения номинальных характеристик в определенных условиях. Настроенный ток, умноженный на коэффициент снижения мощности, должен быть ниже номинального значения твердотельного реле.

Кроме того, когда SSR работают в приложениях, требующих более частой работы, более длительного срока службы и более стабильных показателей надежности, коэффициент снижения мощности необходимо дополнительно умножить на 0.6 на основании данных таблицы. Однако ток нагрузки не должен быть ниже минимального выходного тока твердотельного реле, иначе реле не включится или состояние выхода изменится. быть ненормальным.

§9. Внимание при использовании или установке твердотельных реле

1) Фактические условия применения продукта должны полностью соответствовать требованиям к параметрам и характеристикам твердотельных реле.

2) SSR не следует использовать в приложениях с большим количеством компонентов с низким или высоким уровнем гармоник (например, несколько наборов нагрузок на выходе инвертора необходимо переключать отдельно).Если твердотельное реле используется в инверторе в качестве электронного переключателя, из-за высших гармоник твердотельные реле не смогут надежно переключаться, и RC-цепь внутри реле SSR будет взорвана из-за перегрева.

3) Реле SSR следует держать вдали от источников сильных электромагнитных помех и источников радиопомех, чтобы обеспечить стабильную и безопасную работу SSR, избегая потери управления.

4) За исключением твердотельного реле с номинальным током 1 ~ 5A, которое может быть непосредственно установлено на печатной плате, другие твердотельные реле должны быть оборудованы соответствующими радиаторами.Термопасту следует нанести между опорной пластиной SSR и радиатором и плотно завинтить, чтобы они были близко друг к другу для оптимального отвода тепла. Или установите переключатель контроля температуры рядом с объединительной панелью реле SSR, и точка контроля температуры обычно устанавливается между 75 ° C и 80 ° C.

5) Когда входное напряжение входного управляющего сигнала слишком велико и превышает номинальный параметр SSR, входной резистор можно подключить последовательно к входной цепи, чтобы уменьшить превышение значения.Точно так же, когда входной ток слишком велик, шунтирующий резистор можно подключить параллельно входному порту.

6) Управляющий сигнал и источник питания нагрузки должны быть стабильными, а колебания не должны превышать 10%, в противном случае следует принять меры по регулированию напряжения.

7) При использовании твердотельного реле для управления первичной цепью трансформатора следует учитывать влияние переходного напряжения вторичной цепи на первичную цепь. Кроме того, поскольку ток асимметричен в обоих направлениях, трансформатор также может генерировать импульсные токи, вызванные насыщением.В этом случае осциллограф можно использовать для измерения пускового тока и напряжения, которые могут быть вызваны, чтобы можно было выбрать соответствующие SSR и меры защиты.

8) Выход твердотельного реле не полностью изолирован, когда мощность нагрузки подается на выходные клеммы, даже если твердотельное реле не работает, на выходных клеммах будет некоторый ток утечки, который должен это следует учитывать при использовании и проектировании схемы. Во время технического обслуживания обслуживающий персонал должен отключить источники питания перед проверкой выходной цепи.

9) Если твердотельное реле необходимо заменить из-за неисправности, рекомендуется использовать реле SSR той же модели или тех же технических параметров, чтобы оно соответствовало исходной схеме применения и обеспечивало надежную работу системы.

§10. Внимание при тестировании твердотельных реле

1) Прежде чем приступить к тестированию, необходимо знать взаимосвязь между выходным током и температурой корпуса (окружающей температурой), чтобы избежать необратимого повреждения твердотельного реле из-за перегрузки, поскольку номинальный выходной ток будет падать, когда дело повышается температура или нет радиатора.

2) При тестировании напряжения включения и выключения DC-SSR входное напряжение не может оставаться в состоянии между включением и выключением слишком долго, в противном случае возрастет потребляемая мощность выходной клеммы. резко и перегорает выходные коммутационные компоненты.

3) Не увеличивайте произвольно скорость действия во время теста (обычно один период входного сигнала должен более чем в 5 раз превышать сумму времен включения / выключения), в противном случае реле SSR не будет работать из-за большого динамических потерь переключения, или даже компоненты переключения выхода будут выгорены.

4) Твердотельные реле не могут обеспечить полную изоляцию между выходными клеммами в выключенном состоянии, и там будет определенный ток утечки на выходе. Когда выдерживаемое напряжение диэлектрика и сопротивление изоляции проверяются при более высоком напряжении, он подвержен поражению электрическим током, поэтому сопротивление изоляции или выдерживаемое напряжение не должны проверяться на выходных клеммах.

Выходное твердотельное реле постоянного тока

Твердотельное реле с выходом постоянного тока, 10 А, 60 В постоянного тока (оптически изолированный вход)

Этот проект был разработан вокруг TLP250 / 352 , который представляет собой драйвер затвора оптопары IGBT / MOSFET от Toshiba, и Mosfet IRFP260 от IR. Это реле состоит из оптически изолированного драйвера затвора и низкоомного Mosfet.Сочетание низкого сопротивления и способности выдерживать высокие токи нагрузки делают это реле пригодным для различных коммутационных приложений. Эти устройства идеально подходят для управления высоковольтными и токовыми нагрузками постоянного тока с твердотельной надежностью, обеспечивая изоляцию 3750 В, от входа до выхода.

Твердотельное реле (SSR) — это электронное переключающее устройство, которое включается или выключается, когда на его управляющие клеммы подается небольшое внешнее напряжение. SSR состоят из оптоизолятора, который реагирует на соответствующий вход (управляющий сигнал), твердотельного электронного переключающего устройства, которое переключает питание на схему нагрузки, и механизма связи, позволяющего сигналу управления активировать этот переключатель без механических частей.Это реле предназначено для переключения нагрузки постоянного тока до 10А. Он выполняет ту же функцию, что и электромеханическое реле, но не имеет движущихся частей. Твердотельные реле имеют высокую скорость переключения по сравнению с электромеханическими реле и не имеют физических контактов, которые могут изнашиваться. Входное триггерное напряжение от 3 до 9 В постоянного тока (от 1,5 до 12 В с транзистором), выходная нагрузка 10 А и питание от 12 до 60 В постоянного тока (также возможно 100 В постоянного тока). Драйвер затвора требует питания от 12 В до 18 В постоянного тока. Радиатор необходим для пиковой нагрузки.

• ПРИМЕЧАНИЕ 1: Q2, R1, J2 являются дополнительными для входа сигнала запуска по низкому току
• ПРИМЕЧАНИЕ 2: J1 (VC-J) Закрытие при питании нагрузки и питание логического затвора одинаковы: от 12 В до 18 В постоянного тока для работы с одним входом питания
• ПРИМЕЧАНИЕ 3: Готово, используйте светодиод R4, D1, если напряжение питания выше 24 В постоянного тока
• ПРИМЕЧАНИЕ 4: J3 для катодного заземления в случае входа одиночного импульса

Характеристики

• Питание + В 60 В постоянного тока (возможно 100 В постоянного тока) для нагрузки
• Источник питания постоянного тока 12 В — 18 В постоянного тока для драйвера затвора оптопары
• Перемычка J1 для операций с одним источником питания (если напряжение питания нагрузки находится в диапазоне от 12 В до 18 В постоянного тока)
• Ток нагрузки до 10 А (требуется радиатор большого размера для сильноточной нагрузки)
• Два варианта входа: 1.Вход катода анода 2. Вход сигнала через вход базы транзистора
• Входной триггер От 3 до 9 В постоянного тока — анод и катод (изменение сопротивления резистора для триггерного входа 24 В постоянного тока)
• Входной сигнал от 1,5 В до 12 В постоянного тока на базе транзистора (измените значение сопротивления базы для более высокого входа триггера)
• Напряжение изоляции: 3750 В (драйвер затвора)
• Рабочая входная частота до 50 кГц (дополнительную информацию см. В листе технических данных TLP352)

Подключения

1. Катод 2.Анод 3. Вход слаботочного сигнала 4. VCC-12V-18V 5. GD-Ground
2. + V и GD Источник питания от 12 В до 60 В постоянного тока
3. + V и DR Нагрузка (DR-Drain: –загрузка и + V: + Load)

Приложения

• Органы управления двигателем
• Робототехника
• Медицинское оборудование
• Железная дорога / Управление движением
• Бытовая техника
• Промышленный контроль
• Электромагнитное управление
• TEC Драйверы
• Сильноточные драйверы светодиодов
• Низковольтные диммеры для галогенных ламп
• Светодиодные диммеры
• Драйверы катушек Тесла
• Индукционная варочная панель
• Бытовая техника

Схема

Список запчастей

Фото

Видео

TLP250 / 352 Datahseet

TLP250_datasheet_ru_20170526 (1)

Твердотельные реле

— // w3c // dtd html 4.0 переходный // ru «>

Твердотельные реле

Elliott Sound Products

Твердотельные реле и способы их изготовления и использования

© 2020, Род Эллиотт (ESP)

Вершина

---

Указатель статей
Главный указатель

---

Содержание

---

Введение

Многие заставят вас поверить, что электромеханические реле (ЭМР) устарели и больше не подходят для выбора конструкции.Другие с радостью порекомендуют вам использовать его, даже если должно быть очевидно, что он выйдет из строя из-за длительного дугового разряда. Есть бесчисленное количество мест, где просто не имеет смысла даже рассматривать что-либо еще, а также другие, где EMR даже не следует рассматривать. Хотя можно простить мысль о том, что должен быть лучший способ включения и выключения, во многих случаях EMR является самым простым, дешевым и надежным способом сделать это. В качестве электромеханических устройств электромагнит используется для притяжения подвижного стального элемента (якоря), который активирует один или несколько наборов контактов.Реле в том виде, в каком мы его знаем, было изобретено Джозефом Генри в 1835 году. С тех пор оно постоянно используется, и, вероятно, они будут с нами еще многие десятилетия.

Есть места, где ЭМИ не подходят, особенно при переключении высоковольтного постоянного тока на любой ток выше пары сотен миллиампер. В некоторых промышленных процессах используется воспламеняющаяся атмосфера (из-за газа или мелких взвешенных частиц), где дуга от ЭМИ может вызвать взрыв. Существуют полностью герметичные типы только для этого типа использования, но, как и все дуговые контакты, они со временем изнашиваются.Каждый раз, когда происходит дуга контактов, небольшое количество материала переходит от одного контакта к другому, что в конечном итоге приведет к поломке.

Иногда на сайтах форумов вы видите сообщения, в которых пытаются убедить незадачливого вопрошающего, что отключение 96 В при 20 А или более может быть выполнено с помощью обычного реле (EMR). Сразу видно, что дебил, который утверждал, что у него , никогда не пробовал , и должен был держать свои «идеи» при себе. Да, вы можете получить специализированные реле, которые могут выполнять и , но они (по определению) не только специализированные, но и очень дорогие.Вариант only для DIY или любительского конструктора — использовать тщательно подобранный SSR. Также должен быть включен предохранительный выключатель подходящего номинала (и предназначенный для этой цели).

На каждую сложную проблему есть ясный, простой и неправильный ответ. Х. Л. Менкен

Недостаток понимания может легко привести к катастрофическим (и очень опасным) сбоям, и простых ответов нет (см. Выше). Надеюсь, это поможет объяснить, почему я вхожу в такие подробности — невозможно объяснить сложные проблемы простыми ответами.На сайте ESP есть и другие статьи, в которых подробно рассматриваются EMR, включая более сложные приложения …

Реле, выбор и использование (часть 1) Реле
(часть 2), схемы защиты контактов Гибридные реле
с использованием полевых МОП-транзисторов, триакомеров и тиристоров
Устранение и предотвращение возникновения контактной дуги

В этой статье рассматриваются только «твердотельные» реле (SSR), и существует несколько различных типов SSR. Некоторые из них подходят для использования в аудиосхемах, но большинство — нет. Некоторые даже не следует использовать для включения трансформаторов (как описано ниже), даже если их характеристики могут заставить вас подумать, что они были бы идеальными.

Есть много неправильных представлений о пригодности (или нет) различных схем переключения. Многие из них связаны с непониманием, особенно с трансформаторами. Цель этой статьи — предоставить подробную информацию о различных типах SSR и о том, где их лучше всего использовать. Описать каждый тип реле довольно легко, потому что существует ограниченное количество коммутационных устройств, подходящих для этой задачи.

Многие веб-сайты обсуждают твердотельные реле, но цель здесь не только в том, чтобы предоставить руководство, но и в том, чтобы изучить их глубже, чем вы найдете где-либо еще.Есть много подводных камней, которых следует избегать, чтобы обеспечить надежное переключение, и, как и для всех полупроводников, тепло является врагом, и его необходимо устранять. Есть места, где используются SSR, и вы можете ожидать, что они прослужат вечно, но это не так. Поскольку электронные устройства обычно очень надежны, нам необходимо изучить то, что может пойти не так, и научиться определять SSR для того, что нам нужно делать.

На рынке представлены тысячи различных SSR. Они варьируются от миниатюрных типов монтажа на печатной плате, предназначенных для переключения слабосигнальных или других низких напряжений, до крупных модульных типов, которые используются для запуска электродвигателей и других сильноточных нагрузок.Вот некоторые из важных параметров …

• Изоляция между цепью активатора и переключающими устройствами позволяет цепям низкого напряжения безопасно управлять питанием от сети
• SSR легко управляются микроконтроллерами и в лучшем случае нуждаются в транзисторе и паре резисторов в качестве «вспомогательных» компонентов.
• Небольшой управляющий ток может управлять гораздо большим током через коммутационные устройства
• Есть SSR, предназначенный для большинства (но далеко не всех) потребностей в электротехнике или электронике.
• SSR (обычно) очень надежны при условии правильного управления температурой

Для микроконтроллера довольно легко активировать небольшой SSR, который можно использовать для активации большего (электромеханического) реле, которое, в свою очередь, активирует контактор для питания большого двигателя в промышленном процессе.Это можно рассматривать как грубую форму усиления, при которой очень небольшой ток (обычно достаточно 10 мА) может в конечном итоге привести к запуску или останову огромной машины или всей производственной линии.

---

1 — Основы SSR

Многие SSR активируются оптопарой. Свет (обычно от инфракрасного светодиода) падает на фототранзистор, фотодиод, фотоэлектрический элемент или фото-TRIAC (или иногда LDR — светозависимый резистор). Все эти устройства выключены в темноте, поэтому ток не течет.При включении они либо переходят в состояние с низким сопротивлением, либо становятся «активными» и пропускают ток к переключающему устройству (ам). Есть несколько возможностей переключения, и выбор зависит от того, чего вы хотите достичь. Наиболее распространены …

SCR (кремниевый выпрямитель) — он же тиристор (только переменный ток)
TRIAC — двунаправленный тиристор (только переменный ток)
MOSFET — металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (переменного или постоянного тока, включая аудио) IGBT — биполярный транзистор с изолированным затвором (переменного или постоянного тока)

Помимо EMR, MOSFET SSR — единственные, которые могут использоваться со звуком.Все остальные перечисленные устройства вызывают грубых искажений , которые ухудшаются с уменьшением уровня. МОП-транзисторы имеют довольно линейную омическую область (R _DS-on ), которая вносит некоторые искажения, но с хорошо подобранными устройствами они будут минимальными. Удержание R _DS-on как можно ниже означает, что любые искажения сведены к минимуму.

Существуют также гибридные реле, сочетающие в себе лучшее из обоих миров. Например, реле защиты громкоговорителей почти всегда являются ЭМИ, но они выйдут из строя, если напряжение постоянного тока превышает 35 В или около того.Это решается за счет использования гибрида, имеющего EMR для передачи сигнального тока и SSR для управления отключением постоянного тока короткого замыкания. Этот подход описан в книге «Гибридные реле с использованием полевых МОП-транзисторов, симисторов и тиристоров», но подходящими кандидатами являются только полевые МОП-транзисторы.

A (относительно) недавняя разработка — это ИС драйвера Si8751 / 2 с изолированным МОП-транзистором. Это гораздо лучший вариант, чем фотоэлектрические ответвители, потому что они по своей природе очень медленные из-за ограниченного тока, обеспечиваемого фотоэлектрическими элементами.Это устройство подробно обсуждается в статье Project 198 MOSFET Relay.

В большинстве мощных SSR (то есть тех, которые предназначены для коммутации сети переменного тока) используются TRIAC или SCR в качестве коммутирующего устройства, а также оптопара, такая как MOC3052 (или более ранняя версия MOC3022), для включения основного коммутационного устройства (устройств). Эти микросхемы существуют очень давно и были основой коммерческих диммеров почти столько времени, сколько я себя помню. Хотя эти устройства невероятно распространены, они не лишены недостатков (ладно, в некоторых случаях это настоящие проблемы).MOC3052 — намного лучший выбор в новом дизайне, поскольку они более устойчивы к самопроизвольной проводимости.

Также доступно аналогичное устройство (например, MOC3042), которое имеет встроенную логику, предотвращающую включение опто-TRIAC, кроме случаев, когда напряжение питания близко к нулю. Они известны как типы «перехода через нуль», и, хотя они подходят для резистивных нагрузок, они не могут использоваться для диммеров, и никогда не должны использоваться для подачи питания на трансформаторы. Пусковой ток трансформатора увеличивается до максимума, когда он включен при нулевом (или близком к нему) значении напряжения (см. Серию статей о трансформаторах, чтобы увидеть формы сигналов, которые показывают, что это так).Хотя многие люди думают, что переключение при нулевом напряжении лучше всего подходит для трансформаторов или двигателей, они ошибаются. Минимальный пусковой ток составляет , всегда достигается при подаче питания на пике формы волны напряжения.

Хотя TRIAC удобны, если вам нужна сильноточная коммутация, следует использовать SCR. Они доступны в значительно более высоком номинальном токе (и напряжении), чем TRIAC, но, конечно, вам нужно установить два устройства, а также несколько вспомогательных компонентов.И TRIAC, и SCR имеют прямое напряжение 1-2 В, поэтому они рассеивают 1-2 Вт / ампер тока нагрузки. Это может показаться не очень большим, пока вам не понадобится переключить 20A, поэтому рассеиваемая мощность составляет не менее 20 Вт для TRIAC (или 2 × 10 Вт для SCR). Вы можете купить готовые модули (некоторые довольно дешево), и у них есть одна общая характеристика — у них есть металлическая опорная пластина, предназначенная для установки на радиатор.

Действительно, это основной недостаток SSR в целом. Контакты (и внутренняя структура) ЭМИ на 20 А, вероятно, будут иметь сопротивление менее 10 мОм, и вся структура будет рассеивать, возможно, 4 Вт при номинальном токе.Для этого не требуется охлаждения, так как сама конструкция сможет рассеивать выделяемое тепло. Большинство SSR будут рассеивать не менее 20 Вт при тех же условиях, и поскольку переключение выполняется полупроводниками, их температура перехода должна поддерживаться ниже максимально допустимой (как описано в таблице данных).

Однако твердотельные реле имеют явные преимущества во многих приложениях, и комбинация двух технологий (гибридное реле) может быть лучшим выбором для минимизации требований к радиатору, обеспечения отсутствия дуги и поддержания очень низкого электрического шума.Электрически говоря, дуги очень шумные — они использовались как первая форма радиопередачи. Гибридное реле является более сложным, и во многих случаях дополнительные затраты (и занимаемое пространство) могут не гарантироваться.

---

2 — EMR Vs. ССР; Преимущества и недостатки

У любой техники будут свои достоинства и недостатки. Это особенно верно в тех случаях, когда «зрелые» технологии существуют так давно и остаются жизнеспособными даже в условиях жесткой конкуренции.Атрибуты, показанные ниже, несколько упрощены, но они охватывают большинство различий. Конструктивно ЭМИ имеют катушку, которая является индуктором. Это вызывает противо-ЭДС, когда ток в катушке прерывается, а механическая инерция означает, что всегда есть задержка для включения и выключения. ТТР TRIAC и SCR не отключатся, пока ток нагрузки не упадет до нуля, но могут быть активированы практически мгновенно (максимум несколько микросекунд).

Электромагнитный	Твердотельный
Механические части, подверженные износу	Нет движущихся частей
Сравнительно медленно (10-20 мс)	Может быть почти мгновенно
Отскок контакта происходит при замыкании контактов	Отскок контакта отсутствует (нет контактов)
Невосприимчивость к кратковременным повреждениям / статическому разряду	Может быть повреждена переходными процессами
Очень низкое рассеивание контактной мощности	Рассеивание зависит от тока нагрузки
Мало тепла или его нет, радиатор не требуется	Может потребоваться радиатор, если рассеиваемая мощность превышает 1 Вт
Превосходная стойкость к переходной перегрузке	Может быть повреждена при кратковременной перегрузке
Катушка требует значительной мощности	Обычно очень низкие требования к приводу
Контактная эрозия из-за дуги	Отсутствие дуги из-за отсутствия физических контактов
Даже «маленькие» реле физически большие	Маленькие реле доступны в виде крошечных SMD IC
Не подходит для высокого напряжения / постоянного тока	Идеально подходит для постоянного тока при любом напряжении или токе
Очень широкий диапазон, охватывающий большинство приложений	Ограниченный диапазон, но улучшающийся
Практически нулевой электрический шум при включении и выключении	Может быть электрически зашумленным, в зависимости от используемой технологии
Слышимый шум при работе	Без слышимого шума
Низкая стоимость и легкодоступность	Обычно более дорогая / менее доступная
Может подходит для защитных вырезов (см. Техническое описание)	Обычно не подходит для критических с точки зрения безопасности приложений
Фактически нулевой ток утечки в выключенном состоянии	Ток утечки всегда существует (обычно измеряется в мкА или мА)
Типы общего назначения могут использоваться (почти) где угодно	Требуется выбор по назначению (например,г. AC, DC, аудио)

Поскольку SSR не имеет движущихся частей, механический износ невозможен. Теоретическая жизнь бесконечна, но этого нельзя достичь по довольно очевидным причинам. Однако они также чувствительны к теплу, и необходимо обеспечить охлаждение, чтобы поддерживать температуру перехода ниже максимально допустимой (обычно около 150 ° C). Потребность в радиаторе возникает гораздо раньше, чем ожидалось — что-либо более 1 Вт трудно рассеять в корпусе на открытом воздухе, особенно если оно заключено в корпус с небольшим воздушным потоком.ЭМИ обычно имеют гораздо меньшие внутренние потери в контактах и ​​внутренней структуре, и никакого охлаждения не требуется ни в одном из примеров, с которыми вы, вероятно, столкнетесь. Некоторые модели и имеют вентиляционные отверстия, которые можно открыть после автоматической пайки и промывки, но большинство из них этого не делают.

Engineering — это управление компромиссами, чтобы найти лучшее решение с наименьшими затратами (первоначальное и техническое обслуживание). Любой, кто переоценивает все требования для повышения надежности без учета затрат, либо работает в военной / аэрокосмической организации, либо постоянно ищет работу.Сделай сам — это другое дело, но в конечном итоге бюджетное давление всегда будет накладывать ограничения на то, что в конечном итоге будет использоваться. Для большинства более приземленных приложений, таких как системы плавного пуска, такие как Project 39 или системы защиты динамиков от постоянного тока (например, Project 33), EMR обычно является лучшим выбором (но только если напряжение питания усилителя не превышает ± 35 В постоянного тока для P33).

Переключение высокого напряжения (> 30 В) и высокого постоянного тока гарантированно вызовет дугу, которая часто разрушает ЭМИ. Большинство из них создадут непрерывную дугу при напряжении около 45 В, если ток будет больше пары ампер.Это ситуация, когда выбора почти нет, но некоторые методы гашения дуги очень эффективны. Для SSR постоянного тока есть два основных варианта — MOSFET или IGBT. Можно использовать биполярные транзисторы, но требуемый высокий базовый ток означает, что они, как правило, непригодны, за исключением приложений с низким током (таких как питание ИС привода для MOSFET или IGBT). Составные конфигурации Дарлингтона / Шиклаи уменьшают базовый ток возбуждения, но увеличивают напряжение насыщения (включения), тем самым увеличивая рассеиваемую мощность.Ожидайте напряжение насыщения около 0,95 В с хорошо спроектированным трехтранзисторным (NPN, PNP, NPN) переключателем (достаточно близко 1 Вт / A, когда драйверы включены). Они не подходят для переменного тока без искажений и редко встречаются с тех пор, как появились полевые МОП-транзисторы.

Твердотельные реле на основе TRIAC и SCR не подходят для использования с электронными нагрузками , включая освещение, например как компактные люминесцентные, так и самые ранние светодиодные лампы. В некоторых случаях может показаться, что работает, но если проверить форму сигнала сетевого тока, вы можете увидеть скачки тока в несколько ампер. происходит каждые полупериод — для одной лампы! Это (не может — будет ) в конечном итоге приведет к выходу из строя лампы, SSR или того и другого.Электронные нагрузки должны только когда-либо должны быть переключены с помощью электромеханических реле или реле MOSFET, и должны быть тщательно протестированы как полная установка и проверены, чтобы гарантировать, что работа безопасна как для реле, так и для нагрузки.

Нельзя игнорировать вышеприведенное предупреждение. Использование электронных нагрузок и обычных диммеров TRIAC было проблемой с момента появления компактных люминесцентных ламп и остается со светодиодными лампами, которые также используют импульсный источник питания (электронная нагрузка).Многие из новых ламп в некоторой степени решили эту проблему, но для достижения оптимальной производительности следует использовать 3-проводный диммер по задней кромке. См. Проект 157, 3-проводной диммер с задней кромкой для получения подробной информации о диммере, который работает с любой регулируемой лампой (включая лампы накаливания).

Трансформатор, за которым следует мостовой выпрямитель и конденсаторы фильтра, отличается, и можно использовать TRIAC , обычно , потому что ток намагничивания будет больше, чем ток фиксации или удержания.См. Раздел, посвященный TRIAC SSR, для получения подробной информации об этих параметрах. Если вы планируете использовать TRIAC с трансформатором, вы должны тщательно протестировать его перед использованием, чтобы убедиться, что он не ведет себя неправильно. Тороидальные трансформаторы имеют более низкий ток намагничивания, чем трансформаторы типа E-I, что делает тестирование еще более важным.

ЭМИ

обеспечивают полную изоляцию сигнала (включая сеть) с токами утечки, которые возникают исключительно из-за используемых изоляционных материалов. Даже при питании от сети 230 В можно ожидать, что утечка составит максимум несколько наноампер.SSR (все они) имеют некоторую утечку и не могут полностью изолировать. Хотя ток утечки вряд ли будет вредным, рисковать не стоит, так как любой полупроводник может закоротить, если / когда он выйдет из строя. Контакты реле тоже могут залипать, поэтому никогда не работайте с какой-либо схемой с питанием от сети, если она не изолирована от сети — либо путем отсоединения, либо (если вы должны работать с под напряжением) через изолирующий трансформатор. Конечно, вы все еще можете умереть, поэтому когда-либо должны работать только квалифицированные специалисты!

---

3 — MOSFET реле

Одним из преимуществ реле MOSFET, в частности, является то, что они могут использоваться со звуком с очень небольшим добавленным искажением (обычно ниже слышимости).Ни одно из других полупроводниковых переключающих устройств не может этого сделать. Существуют полевые МОП-транзисторы с таким низким сопротивлением (R _DS-on ), что они рассеивают очень мало энергии даже при высоком токе. Если вы стремитесь к устройству с 10 мОм R _DS-on , каждый полевой МОП-транзистор будет рассеивать только 1 Вт при среднем токе 10 А, что эквивалентно 400 Вт при нагрузке 4 Ом (типичная пиковая мощность для будет более 2,4 кВт!).

Помимо краткого описания, я не буду вдаваться в подробности реле MOSFET, потому что эта тема подробно освещена в статье MOSFET Solid State Relays and Project 198.Схема P198 должна быть особенно привлекательной, потому что все было оптимизировано с использованием новейшей и (по крайней мере, пока) самой лучшей из имеющихся ИС с изолированным драйвером. Плата и компоненты имеют очень разумную цену, хотя конечный результат будет стоить дороже, чем EMR. Однако он может работать с любым вероятным постоянным напряжением и / или током, которые могут вам понадобиться, просто путем выбора оптимальных полевых МОП-транзисторов.

Рисунок 3.1 — Реле ESP Project 198 MOSFET

На фотографии показана готовая плата P198, в данном случае оснащенная полевыми МОП-транзисторами DS-on со сверхнизким R _{.Он подходит для переключения аудио высокой мощности (R DS-on составляет около 3,6 мОм для каждого полевого МОП-транзистора), а с высоковольтными устройствами он легко справляется с переключением сети. Его можно использовать в качестве диммера лампы (передняя или задняя кромка) или в качестве регулятора скорости небольшого асинхронного двигателя (режим передней кромки только ). В показанном реле используется микросхема Si8752, которая действует как светодиод для схемы управления. Полевые МОП-транзисторы выбираются в соответствии с областью применения — высокое напряжение (относительно) низкий ток или наоборот.Те, что показаны на рисунке 3.3, являются только примером.}

Рисунок 3.2 — Схема реле ESP Project 198 MOSFET

Единственное преимущество следующей схемы — простота, но для большинства задач она принципиально бесполезна. Источник питания 12 В требуется для оптопары, которая имеет максимальное номинальное напряжение коллектор-эмиттер 30 В (при разомкнутой базе). Это означает, что вы не можете использовать основной источник питания, если он превышает 30 В, но вы, , могли бы использовать стабилизатор стабилитрона для питания +12 В.Если вам нужно «настоящее» реле MOSFET для постоянного тока, то вам гораздо лучше использовать схему на рис. 3.1 с одним MOSFET. Конечно, он чувствителен к полярности, но ограничений по напряжению нет, и он может быть на стороне питания нагрузки, что сложнее сделать с упрощенными версиями. Есть много других возможностей, но они не относятся к схемам «общего назначения» и чаще всего используются в конечных схемах.

Рисунок 3.3 — Простое реле MOSFET только постоянного тока

Преимущество использования изолятора, такого как Si8752 (или Si8751), заключается в том, что переключатель MOSFET можно использовать в любом месте схемы, с единственными ограничениями на напряжение, ток и мощность, налагаемыми используемым MOSFET.Хотя рис. 3.3 (что-то вроде) квалифицируется как реле MOSFET, на самом деле это всего лишь переключатель, и для работы ему нужен источник постоянного тока. Если источник питания +12 В является плавающим (относится к источнику полевого МОП-транзистора), тогда схему можно использовать где угодно (верхняя или нижняя сторона), но обеспечение дополнительного питания требует дополнительных затрат и означает использование большего количества деталей. . Диод (D1) не является обязательным и необходим, если нагрузка индуктивная.

Реле

MOSFET также можно включать и выключать с помощью ИС фотоэлектрических оптопар — светодиод светит на кучу крошечных фотоэлементов, которые генерируют достаточно напряжения для включения полевого МОП-транзистора.К сожалению, они находятся где-то между медленными и невероятно медленными , в зависимости от емкости MOSFET. Медленное переключение означает большое рассеивание во время периода переключения. У некоторых есть схемы, обеспечивающие быстрое отключение, но вы ничего не можете сделать, чтобы заставить их быстро включиться (кроме использования нескольких параллельно). Типичный выходной ток составляет всего около 50 мкА, поэтому с парой полевых МОП-транзисторов для их включения может потребоваться до 5 мс, потому что емкость затвора должна быть заряжена до порогового напряжения, прежде чем произойдет что-либо полезное.Для некоторых приложений этого может быть достаточно. но для других это слишком медленно.

Примером фотоэлектрической оптопары является Toshiba TLP591B, но есть и многие другие. Все они имеют аналогичные ограничения и недешевы (около 5 австралийских долларов каждый). Иногда можно использовать небольшой импульсный источник питания для обеспечения питания, которым затем можно управлять с помощью стандартной оптопары на фототранзисторах, но это дорого и громоздко. Если вам нужно полностью изолированное реле MOSFET, трудно найти что-либо, что лучше схемы Project 198.Его можно использовать с переменным или постоянным током, как показано, но для постоянного тока требуется только один полевой МОП-транзистор (другая позиция закорочена между стоком и истоком).

Рисунок 3.4 — Фотоэлектрическое реле на полевых МОП-транзисторах

Фотоэлектрические оптопары

довольно распространены, но полевые МОП-транзисторы с высокой емкостью затвор-исток означают более длительное время включения, и это может быть ограничением во многих приложениях. VOM1271 имеет внутреннюю схему «выключения», поэтому, по крайней мере, рассеяние минимально при выключении SSR. Выходное напряжение VOM1271 всего 8.9 В при токе светодиода 30 мА, при токе короткого замыкания 47 мкА. Для пары полевых МОП-транзисторов с объединенной входной емкостью 8,4 нФ (пары полевых МОП-транзисторов IRFP460, как показано) для достижения полной проводимости может потребоваться до 6 мс, в зависимости от тока нагрузки и напряжения питания. Общая входная емкость — это емкость затвор-исток плюс емкость Миллера (сток-затвор), и последняя может создавать «интересные» эффекты.

В частности, рассеиваемая мощность устройства может быть очень высокой во время критического периода включения, хотя обычно она длится всего несколько миллисекунд.В отличие от микросхем Si8751 / 2, здесь нет схемы зажима Миллера, предотвращающей включение полевого МОП-транзистора при подаче напряжения питания с быстрым временем нарастания. В статье о реле MOSFET описывается схема изготовления дискретных зажимов Миллера, если это окажется необходимым. В статье также показано, как сделать цепь отключения с помощью резистора 2,2 МОм и полевого транзистора.

Вы заметите, что стабилитрон на 12 В включен в все схемы MOSFET и IGBT . Это предусмотрено для защиты изоляции ворот, которая легко может быть повреждена перенапряжением, однако это может быть вызвано.Это дешевая страховка, и я не рекомендую исключать ее.

Вы также можете получить встроенные реле MOSFET, обычно в шести- или восьмиконтактном корпусе. Примером может служить LCA110, рассчитанный на 350 В при среднеквадратичном значении до 100 мА или 200 мА постоянного тока, и есть много подобных устройств. В этом типе ИС почти всегда используется фотоэлектрическая оптопара, а время включения / выключения довольно медленное — 3 мс указаны для тока светодиода 5 мА. TLP592A (F) — другой, рассчитанный на 60 В переменного / постоянного тока и 500 мА RMS или 1 А постоянного тока.Время включения составляет 2 мс (макс.), А выключения — 500 мкс (макс.). Существует множество подобных устройств, многие из которых используют схему, аналогичную показанной на рисунке 3.4 (но обычно без схемы «выключения»). Я ожидаю, что стабилитрон включен внутри, но он не упоминается в таблицах данных.

---

3.1 — Переключающие или нормально замкнутые SSR

Большинство SSR обычно открыты и требуют сигнала для включения. Это очень отличается от EMR, которые могут обеспечивать как нормально разомкнутые (NO), так и нормально замкнутые (NC) операции, включая типы переключения.Можно использовать полевые МОП-транзисторы в режиме истощения, но они гораздо менее доступны, чем типы в режиме расширения, и имеют ограниченный диапазон номинальных значений напряжения и тока. Большинство из них также намного дороже для аналогичных рейтингов, поэтому обычно закрытые SSR встречаются редко. Это неприятно, потому что нормально замкнутые реле используются во многих приложениях.

Эквивалентным является использование стандартного MOSFET, IGBT, SCR или TRIAC SSR, который обычно имеет питание, поэтому по умолчанию включен. Выключить его означает снять сигнал привода.Если пара SSR используется для обеспечения функции переключения (SPDT — однополюсный, двойной бросок на языке EMR), вы, , должны обеспечить наличие встроенной задержки. Поскольку переключение может быть почти мгновенным, любое перекрытие (когда оба реле частично включены) может вызвать серьезную неисправность цепи. Это особенно верно для типов TRIAC и SCR, используемых с переменным током, потому что проводящий набор будет продолжать делать это, пока ток не упадет до нуля. Для этого может потребоваться задержка до 10 мс, чтобы убедиться, что проводящий SSR действительно отключился.Если вам нужна эта функция, рекомендуется, чтобы контрольная цепь блокировала непроводящий SSR до тех пор, пока другой полностью не прекратит проводимость .

---

4 — IGBT реле

Хотя IGBT могут показаться идеальными для реле, они могут иметь некоторые недостатки по сравнению с MOSFET. Может показаться, что недостатком является скорость — полевые МОП-транзисторы намного быстрее, чем IGBT, но для реле это редко является важным фактором. Одним из их преимуществ является то, что они доступны с очень высоким номинальным напряжением (до 2500 В) и часто (но не всегда) имеют более низкое падение напряжения при максимальном токе.Ниже показаны несколько примеров, выбранных только для тех же значений напряжения, тока и аналогичной мощности. Каждый полевой МОП-транзистор будет рассеивать 103 Вт при 30 А, в то время как IGBT рассеивают только 55,5 Вт. Однако обратите внимание, что предел рассеивания составляет 25 ° C, и в таблице данных будет указан коэффициент снижения мощности для повышенных температур. Как и у полевого МОП-транзистора R _DS-on с повышением температуры, падение напряжения на IGBT (V _CE-sat ) также увеличивается с повышением температуры. Однако это проблема только при очень высоком токе — при низком токе (например,г. От 5А до 30А IGBT) он обычно остается довольно постоянным.

Технология	Типовой номер	Номинальные характеристики	В Падение при 30 А	Стоимость (2020 г.)
MOSFET	R6030ENZ4C13	30A, 600 В, 305 Вт	3,45 В (104 Вт)	AU $ 7,80
IGBT	STGW30V60F	30A, 600V, 260W	1.85 В (56 Вт)	AU $ 6,19

Те, что показаны выше, являются только примерами, но вы можете получить IGBT, которые могут выдерживать переходные токи до 570 А и напряжения до 2,5 кВ (хотя и не в одном устройстве!). Хотя вы увидите спецификации, которые кажутся совершенно невозможными, они почти всегда являются «краткосрочными», обычно не более 1 мс или около того. Все полупроводники в конечном итоге ограничены допустимым тепловыделением в зависимости от температуры, и каждый раз, когда вам нужно переключить значительный ток, вам понадобится радиатор.Добавление большого алюминиевого радиатора (вероятно, с вентилятором для обеспечения наилучшего охлаждения) ничего не делает для видимого уменьшения размера по сравнению с большим ЭМИ или контактором.

Рисунок 4.1 — Реле ESP Project 198 MOSFET с использованием IGBT

Похоже, что существует очень мало реле IGBT. Кажется, нет причин, по которым вы не можете использовать плату Project 198 с IGBT (хотя я не тестировал это), но она не может переключать звук, а для приложений переменного тока IGBT должны иметь ‘ антипараллельные диоды.Некоторые делают, некоторые нет. Без них IGBT почти наверняка будут разрушены при включении переменного тока. Хотя использование IGBT может дать некоторые преимущества для определенных приложений, в большинстве случаев P198 будет использовать MOSFET, как и было задумано.

Показанные IGBT (NGTB15N60S1EG) являются только примером, в данном случае выбранным для встроенного антипараллельного диода, а не для каких-либо конкретных характеристик. Печатная плата не была рассчитана на ток, с которым могут работать эти устройства (30 А), но это недорогое устройство (2 австралийских доллара.20 в 2020 году) и, вероятно, будет хорошо служить для переключения сети. Напряжение насыщения составляет 1,75 В (типичное), поэтому оно будет рассеивать 17,5 Вт при 10 А (это , а не , включая диоды, поэтому общее рассеивание будет ближе к. Это ожидается для IGBT в целом. Обратите внимание, что TRIAC SSR будет рассеивать около 10 Вт при той же силе тока.

Конечно, такая же компоновка может быть использована для постоянного тока, и нужен только один IGBT. Если используется печатная плата P198, другое положение устройства просто замыкается между коллектором и эмиттером (эквивалентно стоку и истоку для полевого МОП-транзистора).

---

5 — Реле TRIAC

TRIAC SSR (почти буквально) так же распространены, как грязь. Они существуют уже много лет и доступны в виде полных модулей. С номинальным током от 200 мА до 70 А есть TRIAC, который соответствует вашим требованиям. Однако будьте очень осторожны при заказе модулей или микросхем драйверов, поскольку они бывают двух разных «разновидностей». Типы переключения при нулевом напряжении (ZVS, также известные как ZC — переход через ноль) очень распространены, и часто номер детали не указывает на то, что реле использует ZV или «случайное» переключение.Несмотря на то, что вы можете подумать, трансформаторы и двигатели никогда не следует включать с помощью реле ZVS TRIAC (или SCR). Это гарантирует максимально возможный (в худшем случае) пусковой ток … при каждом включении!

Это задокументировано (с формами сигналов) в статьях о трансформаторах, и я использовал специально разработанную систему переключения, которая позволяет включать напряжение при переходе через ноль или пике формы волны переменного тока. Для минимального пускового тока питание должно подаваться при пиковом переменном напряжении (номинально 325 В для сети 230 В).Было бы полезно, если бы реле TRIAC / SCR с переключением пикового напряжения были легко доступны, но, насколько я могу судить, они доступны только у промышленных специализированных поставщиков, и они очень скромно раскрывают подробности. Так называемые «случайные» переключающиеся реле TRIAC могут быть включены в любое время в течение цикла, кроме перехода через нулевое напряжение, потому что нет доступного напряжения (или тока) срабатывания триггера.

Какой именно такое TRIAC? Они описаны как подмножество тиристорных (SCR) устройств и фактически представляют собой пару SCR, соединенных спина к спине (с измененной топологией затвора.SCR — это твердотельный эквивалент оригинального газового тиратрона ^[1] (переключающий клапан). Они выглядят (но не являются) электронными лампами, потому что используют газ внутри. Термин «тиристор» представляет собой комбинацию «тиратрона» и «транзистора», и тиристоры стали коммерчески доступными в 1958 году. TRIAC — это двунаправленная версия основного тиристора (название происходит от «TRI», что означает три, а AC — переменный ток. ), и может переключать переменный ток с помощью одного устройства (два необходимы для переключения переменного тока с помощью тиристоров).SCR и TRIAC были впервые разработаны General Electric ^[4] . Хотя в принципе TRIAC кажутся достаточно простыми, для их надежной работы необходимо учитывать множество факторов.

Характеристика включения TRIAC (и SCR) является регенеративной — по мере того, как потребляется ток, он заставляет устройство включаться быстрее, что приводит к очень быстрым изменениям напряжения и тока. Если напряжение на устройстве высокое, скорость включения (и амплитуда гармоник) таковы, что они могут создавать электрические помехи в диапазоне МГц, и во многих схемах, в которых используются симисторы (например.г. диммеры с передним фронтом) требуют фильтрации радиочастот для уменьшения электрических шумов. Регенерация — это просто еще одно слово для обозначения положительной обратной связи.

Рисунок 5.1 — Триггерные квадранты TRIAC

Один из малоизвестных аспектов TRIAC заключается в том, что они чувствительны к полярности. Теоретически не имеет значения, положительный или отрицательный сигнал запуска, независимо от полярности входящего сигнала, однако это не совсем так. На приведенном выше рисунке показаны четыре возможных квадранта для проведения, а квадрант IV вызывает затруднения.Если полярность основного вывода 2 (MT2) отрицательная, положительное напряжение затвора включит TRIAC, но это нечувствительно по сравнению с квадрантами I-III. Стоит отметить, что некоторые TRIAC специально разработаны для , исключая срабатывание Q4. Их часто называют TRIAC «Snubberless ^™ », потому что за счет исключения запуска Q4 многие проблемы, связанные с этим режимом запуска, устраняются. Вы также можете увидеть, что они называются «Альтерннистор ^™ » или TRIAC с высокой коммутацией (Hi-Com ^™ ), в зависимости от производителя.Квадранты I и III оптимальны, но не всегда достижимы.

Вы также увидите основные терминалы TRIAC, обозначенные как «A1» и «A2», что эквивалентно MT1 и MT2 (главный терминал 1, главный терминал 2). Обозначение «A» означает «анод», что может вводить в заблуждение, поскольку спорный вопрос, являются ли эти выводы анодами или катодами. Тем не менее, если вы видите TRIAC, обозначенный как A1 и A2, они эквивалентны MT1 и MT2, а ворота относятся к A1 или MT1.

Рисунок 5.2 — Внутренняя схема и фото реле TRIAC

На рис. 5.1 показан упрощенный чертеж коммерческого TRIAC SSR вместе с фотографией примера. Показан только относительно слабый ток (пик 400 В при максимуме 8 А, переключение при нулевом напряжении), и он предназначен для использования с радиатором при работе с максимальным током. Фото-TRIAC является внутренним, но есть много триггерных ИС, доступных от ряда поставщиков. MOC3022 (и ему подобные), вероятно, самые известные, и они могут использоваться сами по себе для слаботочных приложений.Их можно использовать с током до 100 мА, но для предотвращения перегрева предпочтительнее использовать более низкий ток (50 мА при 70 ° C). Также доступны версии с логикой ZVS. Иногда их называют «ZC» и «NZC» — переход через нуль и ненулевой переход.

Рисунок 5.3 — Схема TRIAC SSR

Оптопара питается от источника тока (Q1, Q2, R3), который поддерживает постоянным ток через оптопару во всем диапазоне входного напряжения (5–20 В постоянного тока). Регулятор тока, который гарантирует, что оптопара будет получать одинаковый ток всякий раз, когда присутствует управляющее напряжение, независимо от напряжения (в разумных пределах).С R3 на 56 Ом ток составляет около 12 мА. В индикаторе нет ограничителя тока, но при желании он может быть включен (или индикатор можно не указывать). Стабилизатор тока не нужен, если управляющее напряжение фиксировано — вам нужно только использовать последовательный резистор, чтобы поддерживать ток оптопара в пределах 10-15 мА. Q1 / Q2 может быть любым малосигнальным NPN-транзистором, который у вас есть под рукой — это не критично. В худшем случае рассеиваемая мощность составляет менее 170 мВт при напряжении на входе 15 В. Демпфер и MOV не являются обязательными и требуются только в том случае, если у вас индуктивная нагрузка и / или шумная сеть.

Схема включает схемы, предназначенные для работы с индуктивными нагрузками, и она была упрощена за счет использования резисторов одинакового номинала во всех местах запуска. Для них может потребоваться регулировка при проблемных нагрузках. В некоторых случаях это может привести к серьезным нарушениям, поэтому дополнительные RC-сети действуют как демпферы, ограничивая DV / Dt, применяемые к TRIAC и запускающие IC. Второй демпфер (C2, R7) может подвергаться чрезвычайно быстрым переходам, поэтому и резистор, и конденсатор должны быть импульсными.В худшем случае ток в этой сети составляет около 1,2 А при напряжении сети 230 В, поэтому пиковое рассеивание в R7 может достигать 70 Вт. Он очень недолговечный, но вам понадобится резистор из углеродистой композиции . Эти резисторы предназначены для импульсных применений.

Для этого доступны выделенные сети пульта дистанционного управления

, в которых обе части объединены в один компонент. В показанном примере используется конденсатор из металлизированной бумаги, и устройство может выдерживать импульсный ток 12 А. Также можно использовать дискретные (импульсные) части.Не думайте, что вы можете использовать конденсаторы X2 или даже X1, поскольку они являются металлизированными пленочными типами, они не рассчитаны на импульс и выйдут из строя. Выживут только конденсаторы , специально разработанные для приложений с сильноточными импульсами. Пиковый ток через демпфер зависит от напряжения переменного тока и места его переключения, но в худшем случае — до нескольких ампер, что приводит к чрезвычайно высокому мгновенному рассеянию. При питании от сети 230 В пиковое рассеивание может составлять 120 Вт с резистором 47 Ом. Среднее рассеивание невелико — обычно несколько милливатт.Конденсатор также должен выдерживать такой же пиковый ток, поэтому будет использоваться фольга, а не металлизированная пленка.

Если кто-то строит самодельный TRIAC SSR, который будет себя вести при любой нагрузке, я предлагаю использовать демпферные TRIAC. Примером может служить BTA26-800CWRG, трехквадрантный TRIAC на 25 А, 800 В. Конечно, есть много других, и в большинстве случаев вам не нужно быть придирчивым. Недостатком «стандартных» симисторов является то, что демпфер обычно необходим, если нагрузка является индуктивной.Использование MOV (металлооксидного варистора) необязательно и в большинстве случаев не требуется.

TRIAC (и SCR, рассмотренные далее) имеют минимальное требование по току (называемое «удерживающим током»), ниже которого они отключаются. Это может варьироваться от нескольких миллиампер до 500 мА для сильноточных типов. Если ваша нагрузка не потребляет достаточно тока, TRIAC может не достичь значения с фиксацией тока , и он не останется включенным после окончания триггерного импульса. Любая ситуация может привести к неожиданному прекращению проводимости реле TRIAC (или SCR).У них также есть максимальная скорость изменения напряжения (называемая DV / Dt или ΔVΔt, также известная как критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии), и если приложенное напряжение растет быстрее, чем максимально допустимое, TRIAC будет проводить. Обычно используется демпферная цепь (резистор-конденсатор) параллельно с TRIAC, чтобы ограничить DV / Dt и предотвратить спонтанную проводимость. Вы также должны знать о критическом росте тока в открытом состоянии (DI / Dt / ΔI / Δt). Если это превышено, TRIAC может выйти из строя из-за внутренних «горячих точек».

Рисунок 5.4 — Форма волны проводимости TRIAC SSR

Эти устройства по своей природе несколько излучают электрические помехи. Пики на переднем фронте сигнала, видимые на осциллограмме, указывают на очень быстрые переходы, а это значит, что должен быть высокочастотный электрический шум. Эти выбросы узкие (около 100 мкс, но с очень быстрыми переходами , когда TRIAC проводит), что гарантирует, что генерируемые частоты простираются до нескольких МГц. Показанная форма сигнала была получена от FOTEK SSR-25-DA TRIAC SSR.Это тип ZVS, рассчитанный на ток 25 А при напряжении до 380 В переменного тока. Форма волны была получена при 40 В переменного тока и нагрузке 8 Ом — среднеквадратичное значение 5 А. Как и ожидалось, прямое напряжение составляет 1 В и очень мало изменяется с током. Рассеивание составляет 1 Вт / А, поэтому во время моего теста оно рассеивалось 5 Вт.

Пики в начале каждого полупериода показывают, что должно присутствовать определенное напряжение (по крайней мере, пиковое 5 В), чтобы позволить TRIAC зафиксироваться, в данном случае обеспечивая около 625 мА. Испытания при низком напряжении показали, что при среднеквадратичном напряжении менее 5 В Fotek SSR либо вообще не включается, либо ведет себя неправильно (полуволновая работа).Использование его для низковольтной или слаботочной нагрузки не сработает, и он прекратил «нормальную» проводимость при токе нагрузки ниже 100 мА. Это совсем не похоже на EMR, который обычно нормально работает практически при любом напряжении или токе в пределах своих номиналов.

TRIAC

никогда не следует эксплуатировать с любой нагрузкой, потребляемой меньше, чем ток фиксации наихудшего случая (если вы достаточно смелы, вы можете вместо этого использовать «типичное» значение). Для серии BT139 максимальное значение составляет 40 мА, но меня это не совсем устраивает.Вы намного безопаснее, если удвоите показатель для наихудшего случая, особенно с тяжелыми нагрузками (например, реактивными или электронными нагрузками). Это означает около 20 ВА при напряжении сети 230 В или 10 ВА при 120 В. Есть все шансы, что он будет работать с меньшими затратами, но при некоторых нагрузках проводимость может быть неустойчивой.

Несмотря на эти предупреждения, большинство SSR TRIAC (или просто TRIAC) без проблем переключают силовые трансформаторы, а некоторые производители использовали TRIAC, поэтому сетевой выключатель может быть слаботочным. Он по-прежнему должен быть рассчитан на полное сетевое напряжение, но крошечный ток затвора TRIAC означает, что нет необходимости в сверхмощном переключателе для включения или выключения оборудования.Это (строго говоря) не реле, потому что нет изоляции, но оно все же позволяет управлять большим током с помощью гораздо меньшего тока.

Рисунок 5.5 — Пример сетевого переключателя TRIAC

В приведенном выше описании коммутатор должен выдерживать всего несколько миллиампер, в то время как TRIAC может использоваться для переключения очень большого силового трансформатора. Обычно для этого требуется сверхмощный переключатель, но для эстетики многие дизайнеры предпочли бы использовать миниатюрный переключатель. Он по-прежнему должен быть рассчитан на сетевое напряжение, но резкое снижение тока означает, что даже легкий выключатель, вероятно, прослужит дольше оборудования.Для TRIAC может потребоваться радиатор, если требуется большой ток (1 Вт / А типичен для большинства TRIAC). R2 и демпферная сеть не являются обязательными и могут (а могут и не потребоваться) при проектировании.

С TRIAC BT139F-600, как показано, для всего, что превышает средний ток 1A, потребуется радиатор (помните, что TRIAC рассеивает 1 Вт / А). Суффикс «F» означает, что это «полный пакет» (полностью изолированный) корпус, поэтому слюдяные шайбы и изолирующие втулки не нужны (а — очень плохая идея, если вы изолируете сетевое напряжение).Вы должны использовать термопасту между TRIAC и радиатором. Необходимо следить за тем, чтобы выводы TRIAC имели соответствующие расстояния утечки и зазоры, чтобы они не могли закоротить радиатор, которым часто является корпус, если он сделан из алюминия. Установка должна иметь крышку для предотвращения случайного прикосновения, а для подключения к переключателю должен использоваться сетевой кабель.

---

6 — Реле SCR

Во многих отношениях SSR (кремниевый выпрямитель) схожи с типами TRIAC, и для их управления можно использовать те же оптопары с фото-TRIAC.Использование SCR вместо TRIAC дает преимущества, особенно с точки зрения текущей пропускной способности. Например, тиристор CLA50E1200HB рассчитан на 1200 В, 50 А и рассеиваемую мощность 500 Вт в знакомом пластиковом корпусе TO247. При цене менее 10 австралийских долларов каждый (цена 2020 года) пара может выдержать колоссальную нагрузку. С номинальным пиковым током 650 А (10 мс) он может выдерживать гораздо больший ток, чем может обеспечить любая бытовая розетка. Ток срабатывания составляет 50 мА (макс.) При 25 ° C.

На следующем рисунке показан SSR с парой SCR.Этот рисунок очень похож на показанный выше (Рисунок 5.3), но изменен для использования SCR. SCR SSR несколько менее восприимчив к ложной или спонтанной проводимости, поэтому триггерные демпфирующие сети не нужны. Доступны тиристоры с гораздо более высоким номинальным током, чем триАК (последний ограничен примерно до 40 А), в то время как тиристоры могут выдерживать 2000 А или более (что несколько выходит за рамки диапазона цепей DIY). Номинальное напряжение также намного выше, до 2,6 кВ — они, как правило, недоступны для домашних хозяйств и требуют более сложных триггерных сетей.Как и ожидалось, здесь они не рассматриваются, но это дает вам представление о доступном диапазоне.

Рисунок 6.1 — Схема SCR SSR

На приведенном выше рисунке я использовал SCR, которые немного больше соответствуют тем, которые могут использоваться в версии DIY. Они по-прежнему могут обрабатывать 20A RMS для пары и могут обеспечивать пиковый ток 200A в течение 10 мс. Одним из самых больших преимуществ использования SCR вместо TRIAC является то, что мощность распределяется между двумя устройствами, поэтому их легче поддерживать в холодном состоянии из-за эффективного уменьшения вдвое тепловых сопротивлений.Регулятор тока такой же, как на рисунке 5.3. Как и в случае с версией TRIAC, демпфер и MOV не являются обязательными и требуются только в том случае, если у вас есть индуктивная нагрузка и / или шумная сеть.

SCR

имеют полупроводниковую структуру PNPN с дополнительной легированной секцией для создания затвора. Сделать тиристор из пары транзисторов на удивление легко. Концепция показана ниже, и она работает так же, как «настоящая вещь», за исключением того, что ток ограничен, потому что большая часть его должна проходить через базовые соединения.Время включения очень быстрое, потому что два транзистора работают в контуре положительной обратной связи. Согласно симулятору, проводимость начинается в пределах 15 нс от приложенного триггерного импульса, а время нарастания тока нагрузки составляет менее 18 нс.

Рисунок 6.2 — Сделай сам «SCR» на двух транзисторах

Хотя эта схема непрактична для силовых цепей, ее стоит помнить, если вам когда-нибудь понадобится слаботочный высокочувствительный переключатель с защелкой. Как и все тиристоры, он имеет минимальный ток удержания.В данном случае это около 65 мкА, установленное R1 и R2. Однако ожидать, что он будет работать с током менее 5 мА, вероятно, неразумно. При любом токе от 7 мА до 50 мА напряжение на «тиристоре» остается на уровне около 800 мВ. Это зависит от используемых транзисторов (для моделирования я использовал BD139 [NPN] и BD140 [PNP]). Диод предотвращает снижение чувствительности схемы резистором затвора (и увеличение требуемого тока удержания). В отличие от «настоящего» SCR, версия с транзистором может быть отключена. Доступны тиристоры GTO (выключение затвора), но для этого требуется отрицательный импульс затвора высокой энергии.

Важно понимать, что реле SCR (вместе с TRIAC) имеют некоторый ток утечки, который указан в таблице данных. Если демпферная цепь R / C включена параллельно с реле, она увеличивается в зависимости от емкости и частоты. Например, конденсатор 10 нФ будет пропускать 722 мкА на частоте 50 Гц, и это может быть больше, чем вы получите из-за обратной утечки в выключенном состоянии. SCR серии BT152 имеют максимальные характеристики утечки 1 мА при 125 ° C и максимальном номинальном напряжении. Обычно это игнорируется, но это означает, что существует некоторый риск «покалывания», если вы полагаетесь на реле SCR для изоляции напряжения сети.Это одна из причин, по которой , а не , используют их в качестве защитного отключения.

Один тиристор может также переключать переменный ток, используя его между положительной и отрицательной клеммами мостового выпрямителя, причем одна клемма переменного тока является входом, а другая — выходом. Сильноточные тиристоры дешевле и имеют меньшую рассеиваемую мощность, чем сильноточные мостовые выпрямители, поэтому этот метод бесполезен и здесь не показан.

---

7 — переход через нуль, случайное переключение, пиковое переключение и импульсное управление усилителем

В приведенных выше описаниях упоминались переход через нуль, случайное переключение и переключение пиков.Реле MOSFET (и IGBT) всегда «случайны», если не включены дополнительные схемы. Детекторы пересечения нуля подробно обсуждаются в статье AN-005 — Детекторы пересечения нуля, и аналогичная схема включена в микросхемы драйверов ZCS TRIAC. Очевидно, вы не можете включить TRIAC или SCR, когда напряжение равно на самом деле ноль, и у большинства из них есть порог до 35 В перед срабатыванием триггера. Это работает правильно только при напряжении питания переменного тока выше 30 В RMS, потому что при более низких напряжениях он может вообще не сработать.

Пиковое переключение несколько сложнее. Хотя, безусловно, можно зафиксировать (и удержать) пиковое напряжение, это требует времени. Как правило, может пройти до 40 мс (два полных цикла при 50 Гц), прежде чем схема сможет обнаружить пиковое напряжение и запустить реле. Альтернативой (и методом, который я использовал для специального тестера, который я сделал) является обнаружение перехода через ноль и ожидание 5 мс (сдвиг на 90 ° при 50 Гц, что является пиковым напряжением) перед срабатыванием реле TRIAC или SCR. Это несложно сделать, но требует дополнительных схем.Для приложений 50 Гц и 60 Гц потребуются разные блоки, поэтому неудивительно, что этот метод не будет использоваться в коммерческих устройствах.

Случайное переключение означает, что SSR включится, как только появится достаточно напряжения, чтобы вызвать срабатывание и фиксацию TRIAC или SCR. С реле MOSFET или IGBT они будут включаться, когда напряжение затвора выше порогового значения — даже при нулевом токе — поэтому задержка очень мала. Для большинства реле TRIAC / SCR с произвольной коммутацией задержка в наихудшем случае в большинстве случаев составляет всего пару миллисекунд.

Триггерный сигнал для реле TRIAC / SCR может быть непрерывным или импульсным с высокой частотой (обычно> 10 кГц). Последняя система распространена, когда запуск осуществляется с помощью импульсных трансформаторов. Этот подход здесь не рассматривался, но ниже показан пример. Импульсные трансформаторы имеют некоторые преимущества перед оптопарами в том, что они могут обеспечивать более высокий пусковой ток и не подлежат ограничениям DV / Dt в той же степени, что и симисторы. Импульсное переключение может быть настроено для перехода через ноль, пика, случайного или определенного фазового угла (используется для схем диммера).Схема привода более сложная, чем при использовании оптронов.

Рисунок 7.1 — Запуск импульсного трансформатора для TRIAC SSR

Хотя этот подход выглядит идеальным, важна полярность импульса. Обратитесь к запускающим квадрантам, показанным на рисунке 5.1, и очевидно, что квадранты II и III являются единственным вариантом (поскольку квадрант IV следует избегать при использовании многих TRIAC ^{[5, 6]} ). Это означает, что триггерные импульсы должны быть отрицательными , хотя это спорный вопрос, когда используется трансформатор, потому что опорный сигнал постоянного тока всегда является средним значением формы сигнала.

Включение диодов Шоттки заставляет большую часть импульсного напряжения быть отрицательным, что позволяет запускать в квадрантах II и III. Это позволяет полностью избежать квадранта IV и обычно дает наилучшую производительность. Если частота запускающего импульса достаточно высока, диод можно не устанавливать, поэтому даже если TRIAC попытается (но потерпит неудачу) сработать в Q4, полярность изменится всего за несколько микросекунд, поэтому он сработает правильно. При использовании импульсного запуска последовательность импульсов требуется до тех пор, пока TRIAC включен.Применение только одного импульса в точке, где требуется проводимость, может привести к прерывистой работе, особенно с индуктивными нагрузками.

Наихудшая из возможных неисправностей возникает, когда TRIAC проводит только полуволны, так как это может привести к сгоранию двигателя или трансформатора. Это совсем не редкость, особенно если разработчик пытается запустить триггер в квадранте IV. К сожалению, похоже, что большинство любителей (и даже заявителей на патенты) не осведомлены о «проблеме квадранта IV» с TRIAC и пытаются запускать, используя только положительные импульсы, тогда как отрицательные импульсы всегда будут работать лучше.Если вы посмотрите таблицы данных TRIAC, вы обнаружите, что квадранты I-III более чувствительны, чем квадранты IV (последний может потребовать удвоения тока срабатывания по сравнению с квадрантами I-III), а многие типы TRIAC вообще запрещают запуск квадранта IV . .

Импульсный трансформатор должен быть рассчитан на необходимое для цепи напряжение изоляции и обычно составляет не менее 2 кВ. Их легко приобрести у многих поставщиков. Демпфер не включен, но может потребоваться в зависимости от области применения.

---

8 — Сводка SSR

Существует огромное количество различных типов реле (EMR и SSR) не только для коммутационных устройств, но и для требований к входам. Некоторые SSR предназначены исключительно для работы с переменным током, другие — только с постоянным током. Небольшое количество коммерческих SSR можно использовать с переменным или постоянным током. В этом отношении они гораздо более строгие, чем EMR, но они также предлагают некоторые уникальные преимущества. Излишне говорить, что они также имеют некоторые уникальные недостатки.

ТТР

могут использовать широкий спектр методов изоляции и управления, включая герконовые реле (что, строго говоря, делает его гибридным), преобразователи переменного / постоянного или постоянного / постоянного тока, преобразователи частоты сети, высокочастотные импульсные трансформаторы или (и чаще всего ) инфракрасный свет в корпусе IC. Оптопары значительно превосходят по численности другие методы для устройств средней мощности. Если контролируется значительная мощность, в схеме управления, вероятно, будет использоваться импульсный трансформатор.

Как и обычные реле, большинство SSR обеспечивают гальваническую развязку между входом и выходом, обычно рассчитанная на 2-3 кВ.Вместо того, чтобы использовать катушку для управления реле, в SSR обычно используется оптопара (Si875x является заметным исключением), поэтому активирующей средой является инфракрасный свет, а не магнитное поле. Там, где для электромеханического реле может потребоваться входная мощность до пары ватт (вплоть до 100 мВт), SSR обычно работают с мощностью всего 50 мВт, а некоторым требуется даже меньше.

Однако там, где контакты обычного реле могут рассеивать только несколько милливатт, SSR обычно рассеивает намного больше, а для мощных типов требуется радиатор для охлаждения электронного переключающего устройства.Это связано с тем, что переключающий элемент является полупроводниковым устройством, и поэтому на него распространяются все ограничения любого полупроводника. Сюда входит естественный враг всех полупроводников — тепло! Распространенными коммутационными устройствами являются тиристоры, симисторы, полевые МОП-транзисторы и IGBT , и каждое из них имеет свои собственные преимущества и ограничения.

Будьте особенно осторожны, если ваше приложение имеет высокий пусковой ток. Максимальный ток в наихудшем случае должен быть в пределах номинальных значений SSR, иначе существует реальный риск разрушения реле.SSR имеют удивительный набор спецификаций (некоторые из них более непостижимы, чем другие), но всегда будет указан максимально допустимый ток (обычно как «неповторяющийся пиковый импульсный ток»). Обратите внимание на использование термина «неповторяющийся» — это означает все, что производитель говорит о его значении. Это может быть 20 мс (один цикл при 50 Гц), это также может означать для некоторой другой указанной продолжительности (например, 1 мс), и, если вам повезет, будет график и даже некоторая информация о том, как бороться с пусковым током. Для получения дополнительной информации по этой теме, пожалуйста, прочтите статью о пусковом токе.

Переключение	Используется для	Комментарии
SCR	½ Wave AC	Два обычно используются в обратной параллели для мощного двухполупериодного переменного тока
TRIAC	Full Wave AC	Обычно используется только для версий с низким энергопотреблением (например, 10 А или меньше)
MOSFET	AC или DC	Доступны версии для переменного и постоянного тока, но обычно не взаимозаменяемы
IGBT	AC или DC	То же, что и выше, но не подходит для аудио.Подходит для высокого тока / напряжения

Чтобы ознакомиться с некоторыми из многих методов, используемых для реле MOSFET, см. Статью «Реле MOSFET», в которой описаны различные схемы управления, которые можно использовать. Статья в первую очередь нацелена на схемы защиты громкоговорителей от постоянного тока, но аналогичные методы могут быть использованы и в других местах. В SSR на основе полевого МОП-транзистора постоянного тока можно просто использовать полевой МОП-транзистор и фотоэлектрический оптрон. Как правило, преимущества использования предварительно упакованной версии по сравнению с эквивалентом дискретных компонентов практически отсутствуют, за исключением случаев, когда требуется сертификация SSR для приложений, критичных к безопасности.Хотя это возможных , обычно предпочтительнее использовать EMR, потому что в выключенном состоянии утечка нулевая.

Общая компоновка, показанная на схеме на рис. 5.2, является общей для большинства SSR на основе SCR и TRIAC. Оптрон можно приобрести в виде дискретной ИС в версиях «мгновенного / случайного действия» или «с переходом через нуль». В этом случае «мгновенный» (или NZC — ненулевое пересечение) просто означает, что опто-TRIAC срабатывает мгновенно, когда на светодиод подается постоянный ток, независимо от напряжения переменного тока или полярности в этот момент времени.Версии с переходом через ноль предотвращают срабатывание, если напряжение переменного тока не находится в пределах (обычно) 30 В от нуля. Примерами являются MOC3052 (мгновенная / случайная фаза) или MOC3042 (переход через нуль). Оба рассчитаны на входной ток 10 мА.

Вам также необходимо внимательно прочитать документацию, чтобы убедиться, что ваши запасы и нагрузка никогда не могут превышать какие-либо пределы, описанные в таблицах данных. Кратковременное перенапряжение обычно не причиняет ни малейшей боли контактам стандартного реле, и даже кратковременное превышение тока обычно не является проблемой.С твердотельным реле нельзя превышать предельное значение … когда-либо . Вы также должны убедиться, что напряжение и / или ток не изменяются слишком быстро, потому что тиристоры и симисторы имеют определенные пределы, известные как DV / Dt (критическое изменение напряжения с течением времени) и DI / Dt (критическое изменение тока сверх время). При превышении любого из них устройство может неожиданно включиться или выйти из строя. Вы также увидите эти термины, записанные как ΔV / Δt и ΔI / Δt.

Максимальное пиковое напряжение также не может быть превышено, и горе вам, если нагрузка потребляет больше номинального пикового тока.Вы также должны использовать радиатор, если ток нагрузки в противном случае приведет к повышению температуры выше номинального максимума (обычно абсолютный максимум температура перехода находится в пределах 150-175 ° C). Минусов много, но иногда нет выбора. Например, вы не можете использовать механическое реле в диммере с отсечкой фазы, потому что оно не может действовать достаточно быстро. Вы также не можете гарантировать, что механическое реле включается при определенном фазовом угле формы волны переменного тока — например, идеальным вариантом для индуктивной нагрузки является подача мощности на пике формы волны переменного тока.Это легко сделать с помощью SSR.

Несмотря на то, что это редко указывается, SSR с TRIAC и SCR имеют минимальный номинальный ток, ниже которого вероятна нестабильная работа. Если ток нагрузки ниже требуемого тока фиксации, SSR либо не будет работать должным образом (например, полуволновой режим), либо он может вообще не работать. Обычно это не проблема с ЭМИ, хотя некоторые – указывают минимальный ток, чтобы контакты не оставались открытыми из-за загрязнения поверхности. Обычно это происходит только при очень низких напряжениях.

Стоит еще раз взглянуть на (обобщенные) преимущества и недостатки полупроводников по сравнению с электромеханическими реле.

Преимущества

SSR …

• У некоторых из них корпус меньшего размера, позволяющий использовать больше устройств на единицу объема, но если требуется радиатор, это преимущество исчезает
• Нет контактов, поэтому искрение отсутствует, может использоваться во взрывоопасных средах
• Увеличенный срок службы независимо от количества циклов переключения. Нет движущихся частей, которые изнашиваются
• Бесшумная работа (без слышимого шума)
• Намного быстрее электромеханических реле, и время их переключения составляет порядка микросекунд.
• Отсутствие дребезга контактов, с положительным переключением (может не относиться к ТТР TRIAC и SCR при низком токе)
• Версии постоянного тока могут отключать высокое напряжение и / или высокий ток, что может вызвать серьезное искрение на контактах.
• Менее чувствительны к механическим ударам, вибрации, влажности и внешним магнитным полям
• Чувствительная входная цепь означает, что для работы требуется низкая мощность привода

SSR Недостатки…

• Большинство ограничено «1 форма-A» — один нормально разомкнутый «контакт»
• Вольт-амперные характеристики полупроводников, а не механических контактов
• Более высокое внутреннее сопротивление в замкнутом состоянии с выделением тепла
• Относительно высокий ток утечки, зависящий от напряжения, в открытом состоянии
• Искажение формы сигнала из-за нелинейных характеристик напряжения и тока
• Некоторые SSR имеют переключающие устройства, чувствительные к полярности.
• Реле SCR и TRIAC обычно нельзя использовать с постоянным током (их нельзя выключить)
• Реле SCR и TRIAC имеют минимальный рабочий ток , который обычно не указывается
• Некоторые могут переключаться случайным образом из-за скачков напряжения
• Как и большинство полупроводников, SSR откажутся от короткого замыкания
• Чувствительная входная цепь означает, что переходные помехи могут вызвать неожиданную работу

Неспособность большинства SSR обеспечить переключающие контакты или несколько наборов контактов может быть серьезным ограничением, а также может значительно увеличить затраты.Добавление еще одного набора контактов к электромеханическому реле стоит очень мало, но с SSR вам потребуется дополнительное устройство переключения высокого тока и улучшенный драйвер. В большинстве случаев, если вам нужно, чтобы цепь была нормально замкнута при выключенном питании, вам, вероятно, не повезло. Такие вещи действительно существуют (с использованием полевых МОП-транзисторов в режиме истощения), но я никогда не встречал ничего, кроме как в таблицах данных.

Одна из областей, где превосходят SSR на основе MOSFET и IGBT, — это прерывание высокого напряжения и высокого постоянного тока, что в корне является злом.При напряжении более 35 В и достаточном токе, протекающем в цепи, постоянный ток просто образует дугу на контактах большинства механических реле и переключателей. При высоком токе дуга будет плавить контакты и контактные рычаги до тех пор, пока воздушный зазор, наконец, не станет достаточно большим, чтобы разорвать дугу. Подумайте о аппарате для дуговой сварки, потому что такие условия могут существовать при достаточном напряжении и токе. MOSFET не имеет этого ограничения и может отключать любое напряжение или ток, которые находятся в пределах его номинальных значений.

Также доступно множество небольших (DIP6, DIP8 или SMT) реле MOSFET. Они не подходят для больших токов, но некоторые из них, вероятно, будут хорошим выбором для переключения аудио и других сигналов низкого уровня. Номинальное напряжение колеблется от 60 В до 300 В и более. Примеры включают G3VM-61G1 (60 В, 400 мА переменного тока), Lh2156AT (300 В, 200 мА переменного тока) и PVDZ172N (60 В, 1,5 А, постоянный ток). Они выбираются более или менее случайно, и существуют сотни различных типов. Как и ожидалось, все, что я видел, — это нормально открытые SPST.Принципы работы во многом такие же, как описано выше, но все в одном пакете. Для типов переменного / постоянного тока номинальное напряжение — это пиковое переменное или непрерывное постоянное напряжение.

Твердотельные реле никогда не следует использовать в качестве системы отключения, критичной для безопасности. Поскольку отказ обычно означает короткое замыкание коммутационного устройства, в случае отказа SSR нагрузка будет постоянно находиться под напряжением. Вы должны знать свои характеристики нагрузки и знать, что многие SSR могут не выключить , если нагрузка имеет характеристику, которая генерирует переходные процессы достаточно быстро, чтобы вызвать самопроизвольное повторное срабатывание SCR или TRIAC.Некоторые нелинейные нагрузки могут вызывать срабатывание SSR только на одной полярности, вызывая полуволновое выпрямление и составляющую чистого постоянного тока в цепи питания нагрузки (обычно в сети). Некоторые проблемы SSR (даже временные) могут вызвать серьезные сбои в другом оборудовании, использующем тот же источник питания. Например, переходное полуволновое выпрямление в сети может вызвать насыщение трансформатора, серьезную перегрузку двигателя (снова насыщение), срабатывание автоматических выключателей и общий ущерб.

---

Меры предосторожности

При использовании любого SSR никогда не стоит недооценивать, насколько сильно может нагреться коммутационное устройство (а).Для TRIAC 1 Вт / А может показаться не таким уж большим, но даже в большом корпусе с креплением на шпильках будет очень тепло, рассеивая всего пару ватт (2 А), а меньшие корпуса хуже. Коммутационные устройства могут находиться внутри шасси с небольшим охлаждением или без него, что делает проблему более серьезной. Всегда необходимо правильное тестирование, о чем обычно не нужно беспокоиться с EMR. Точно так же не предполагайте ничего другого — SSR могут (и делают) неправильно работать с некоторыми нагрузками, они используют полупроводники, которые не работают при коротком замыкании, и они могут быть «случайно» включены с кратковременным скачком напряжения.

Является ли это проблемой (или нет) зависит от приложения и от того, отказывает ли устройство (или нет) в результате. Для сетевых приложений рассмотрите возможность использования MOV (металлооксидного варистора) для ограничения пикового напряжения. Для приложений 230 В не используйте ничего, кроме MOV с номинальным среднеквадратичным значением 275 В (или около 400 В пикового значения). Для 120 В используйте 150 В RMS MOV 220 В, пик). Эти устройства несколько «резиновые» по своим характеристикам и могут иметь отрицательную характеристику сопротивления, когда они проводят. Когда они используются для зажима очень высоких энергий, они нередко катастрофически выходят из строя, поэтому не кладите к ним ничего деликатного.

MOV — это отдельная тема, поэтому я рекомендую, чтобы, если вы хотите включить один, вы читали как можно больше и покупали только у признанных поставщиков. Littelfuse производит устройство, которое они называют TMOV, которое включает в себя внутренний термовыключатель. Это предотвращает рассеяние MOV по шасси в случае отказа, но, конечно, если перегорает предохранитель, MOV навсегда выйдет из строя (и вы не узнаете, что это произошло). По крайней мере, если вы слышите взрыв внутри своего снаряжения, вы знаете, что что-то не удалось, но это не то, что большинство людей хотят испытывать.

Снабберы

— это проблема, поэтому везде, где это возможно, используйте безнапорные триаки, которые (по определению) в них не нуждаются. Добавление демпфера означает, что используется больше места на печатной плате, и, хотя они не особенно дороги, каждая дополнительная деталь увеличивает размер и стоимость. В некоторых случаях (с TRIAC и SCR) может потребоваться включить небольшую индуктивность последовательно с нагрузкой. Это ограничивает ΔV / Δt, подаваемое на переключатель, и помогает уменьшить ΔI / Δt при его включении.

MOSFET SSR имеют свои ограничения, но при разумном выборе MOSFET проблем возникнуть не должно.Очень высокие скорости переключения не достигаются при использовании микросхемы драйвера, такой как Si8752, поэтому электромагнитные помехи возникают редко. По-прежнему важно выполнить надлежащее тестирование, чтобы гарантировать, что полевые МОП-транзисторы никогда не нагреваются больше, чем немного при нормальном использовании, и может потребоваться радиатор, если вам нужно проводить большой постоянный ток. Низкое R _DS-on минимизирует рассеивание, но всегда ненулевое значение, когда идет ток.

Безопасность сети Всегда важна.Любой SSR, используемый для переключения сетевого напряжения, должен быть защищен от случайного прикосновения. Все соединения должны быть надежными, чтобы ничто не могло отсоединиться, что может привести к короткому замыканию или другим опасностям. Никогда не подключайте электрические цепи с помощью Veroboard или подобного, потому что дорожки расположены слишком близко друг к другу и у них нет приемлемых расстояний утечки или зазоров. Для обеспечения электробезопасности необходимы полоски с бирками, пустой материал печатной платы с жесткой разводкой или правильно спроектированная печатная плата. Никогда не используйте слюдяные изоляторы и монтажные втулки для крепления TRIAC к радиатору, поскольку они не обеспечивают приемлемых расстояний утечки и зазоров.Помните, что для всех сетевых проводов необходимо использовать сетевой кабель, а не соединительный провод общего назначения.

---

Выводы

Нет сомнений в том, что некоторые приложения требуют использования SSR. Например, отключить источник постоянного тока на 100 В при токе нагрузки 20 А практически невозможно с помощью чего-либо еще. Однако у них также есть недостатки, прежде всего в цене и тепловых ограничениях. Иногда стоит взглянуть на гибридную систему (информацию см. В разделе «Гибридные реле») или даже изучить активные методы подавления дуги (см. Снижение дуги и подавление усиления).В конечном итоге то, что вы делаете, будет компромиссом, но если вы сможете собрать всю свою информацию воедино и выработать решение, вы сможете получить лучшую производительность при наименьших затратах. Вы заплатите за это сложностью, но если это единственный разумный способ заставить что-то работать надежно, то это цена, которую нужно заплатить.

Когда я публикую проекты, у меня есть привычка всегда проверять любую выдвигающуюся гипотезу. То же самое относится и к статьям, поскольку нет смысла распространять информацию, которая не является явно точной.Многие тесты проводятся с использованием симулятора, но все «интересное» также проходит стендовые испытания. К сожалению, Interweb дал право голоса всем, кто умеет печатать (особенно на страницах форума), и доступно огромное количество дезинформации. Новички обычно не знают ничего лучшего и часто принимают полностью ложную информацию как евангелие, где ее тут же публикуют повторно, пока она не станет настолько распространенной, что люди решат, что она должна быть правдой. Это не было изначально, и никакие повторные публикации лжи не сделают это реальным.

Если вы сделаете домашнее задание, изучите таблицы данных и проведете несколько тестов, вы найдете твердотельное или электромагнитное реле, которое сделает именно то, что вам нужно. В некоторых случаях вы обнаружите, что EMR по-прежнему является лучшим выбором, и это может применяться большую часть времени для «нормального» переключения. В некоторых таблицах данных и обсуждениях вы увидите, что многое связано с высокой чувствительностью SSR, снижающей потери мощности, но на самом деле переключающиеся полупроводники часто рассеивают гораздо больше энергии, чем даже самое нечувствительное электромеханическое реле с аналогичной номинальной нагрузкой.С любым SSR вы, , должны делать домашнее задание и знать о многих вещах, которые могут пойти не так. Также имейте в виду, что неисправность в SSR может вызвать повреждение другого оборудования, даже если оно не контролируется SSR, а просто находится на той же электросети.

Как и все в электронике, вам придется где-то идти на компромисс. В целом обычные реле обычно имеют меньше компромиссов, чем твердотельные версии, и предлагают гораздо более гибкое переключение. Имея потребляемую мощность всего полватта, вы можете легко контролировать 2 кВт или более, и вы можете рассчитывать, что он будет работать для сотен тысяч операций даже при полной нагрузке.Коммутационные потери минимальны, не требуются радиаторы, а надежность является выдающейся, если вы используете правильное реле для работы. Что важно для многих людей, электромеханические реле намного проще получить и, как правило, намного дешевле, чем их твердотельные эквиваленты.

Есть также много приложений, в которых ничто не может сравниться с твердотельным реле. Полная свобода от искрения, что действительно важно во взрывоопасных средах с легковоспламеняющимися материалами, такими как газ или мелкие взвешенные частицы (порошки, мука и т. Д.)), быстрый (MOSFET), исключительно быстрый (типы SCR и TRIAC) и предсказуемое время отклика, а также отсутствие дребезга контактов могут иметь решающее значение в некоторых конструкциях. Процесс проектирования основан на знании доступных вариантов, поэтому вы можете выбрать тот, который лучше всего подойдет для вашего проекта. Не существует «лучшего» решения для всех приложений, и вы должны выбрать решение с наименьшим количеством записей в столбце «недостатки».

---

Список литературы

Википедия — не самое надежное справочное место, но описания этих устройств довольно хороши.

1. Тиратрон — Википедия
2. Тиристор — Википедия
3. TRIAC — Википедия
4. История компании General Electric
5. Управление TRIAC с микроконтроллером, питающимся от плюса — ST Microelectronics
6. Управление TRIAC импульсным трансформатором — ST Microelectronics
7. Решения для фотоэлектрических однокомпонентных / изолированных МОП-транзисторов — Vishay
8. TRIAC — Основные понятия — IDC Online

Статьи, упомянутые в начале, также очень полезны и, возможно, являются наиболее полными описаниями, которые вы найдете в любом месте.

---

---

Указатель статей
Основной указатель

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, но не ограничиваясь, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 2020. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: страница создана, авторские права © Род Эллиотт, 28 сентября 2020 г./ Опубликовано в ноябре 2020 г.

Твердотельное реле DIY или Купить

видео описание

Твердотельное реле DIY или Купить Слордмо: Множество недавних комментариев. так что мое мнение о китайском. ты получаешь то, за что платишь. Хлам. вот и все, покупайте либо американские, либо европейские названия. вы получите действительно номинальную деталь и, возможно, некоторые лучшие характеристики, поскольку она имеет встроенный демпфер (индуктор / колпачки) для подавления шума.и сертификаты безопасности тоже. Я бы построил свое собственное, вместо того, чтобы использовать это «неизвестное» дерьмо в горшке, просто говоря. что, если бы у него была деталь на 6 ампер. вы бы рискнули сжечь фабрику (что угодно), не потратив 40 на «настоящую»? Не забывайте, ЛЮБАЯ коммерческая единица ДОЛЖНА иметь подходящий радиатор. при использовании при «тяжелых» нагрузках. просто говорю.
Дата: 2020-09-05

Комментарии и обзоры: 9

Jeff
Ну, я купил твердотельное реле на 8, 40A, но в реальной жизни они могут делать только 12A! Это если они такие же, как у вас.Мне нужно будет разобрать один и разобрать детали. Я не могу рисковать пожаром!
Я должен знать, с чем я работаю. Возможно, я смогу обойти проблему и использовать 2 твердотельных реле для параллельной обработки тока. Но, как я уже сказал; Мне придется разорвать один на части, прежде чем подавать питание на реле.

Leon
9: 54 Может ли это также случиться с товарным продуктом, когда вы устанавливаете его на охлаждающую пластину?
Btw. В таком приложении заявлено, что компонент принимает 40А, тогда как он может принимать только 16А, это большое преступление.Это опасность для жизни людей. Просто упомяну, что SSR — это е. г. использование в самолетах. Я надеюсь, что Airbus, Boeing, Douglas и все остальные не купят свои запчасти в Китае.

Robert
Если вы вытаскиваете 40A на ПОКУПКУ, разве вы не рискуете жизнью и здоровьем с сетью? По крайней мере, DYI, о котором вы знаете, не поднимется выше 12А.
Я надеялся на реле постоянного тока, просто чтобы посмотреть, как я могу сделать 4-позиционный твердотельный переключатель на 30А.

Lay
Здравствуйте,
Как известно, механическое реле обеспечивает 3 подключения.Com / NO / NC.
Есть ли способ сделать собственное твердотельное реле с 3 подключениями?
Я не электронщик, так что помогите мне.

Дебора
Отличная работа. Что бы вы порекомендовали в качестве наиболее актуального, чтобы использовать SSR на 40 А с хорошим охлаждением (радиатор и вентилятор? Я использую его на 23 AMP, и у меня еще не было ни одного сбоя, но лед тонкий

Энтони
перестаньте использовать фразу так называемый уже. Это фраза на английском языке, которая обозначает скептицизм. Похоже, вы хотите переименовать каждый попадающийся электронный компонент.

Ney
Извините, но вы не можете сказать, что твердотельное реле обеспечивает гальваническую развязку, просто проверяя непрерывность с вашим измерителем. Вам понадобится хотя бы мегометр, чтобы это проверить.

Златко
Разве ток в цепи с резистором 1000 Ом не равен 0. 024 А, если пренебречь сопротивлением реле, то потеря мощности составит 0. 035 Вт. Просто говорю

Guillaume
Есть довольно много видео тех фальшивых китайских ССР, которые взорвались дымом.Мне еще предстоит интегрировать свой в проект, так как я им не доверяю

Твердотельное реле с коммутацией сети — Блог Виктора «Сделай сам»

Введение

Для ряда моих будущих проектов мне понадобится установка для проверки функциональности твердотельного реле, которое будет управляться микроконтроллером и переключать сеть для других устройств. Выполнив проекты с аналогичными требованиями в прошлом, я вспомнил, как мучительно было тестировать твердотельное реле (SSR) с оголенными сетевыми кабелями и т. Д.На этот раз я решил создать несколько более сложную настройку, которая позволила бы сделать это быстро, легко и безопасно. Кроме того, теперь, когда я сделал это один раз, я могу повторно использовать эту установку в любом будущем проекте с нулевыми усилиями. Работа над этим заняла около дня — большую часть времени я потратил на поиск материалов, которые соответствовали моим потребностям.

Этот сетевой выход переключается с помощью твердотельного реле, детка! 🙂

Материалы

Большинство деталей, которые я переработал из старых, выброшенных бытовых устройств, компьютеров и т. Д.Единственный предмет, который получил специально для этого проекта, — это твердотельное реле или SSR: это дешевое реле, способное выдерживать ток 25 А на коммутируемом конце.

Старый, неработающий блок питания принтера (?) Любезно пожертвовал свой корпус для этого проекта. Мне просто нужно было внести некоторые незначительные изменения в розетки и кабели, проходящие через него, и история корпуса — самая сложная часть любого проекта (для меня) — закончилась!

В качестве сетевого входа я выбрал кабель питания ПК, просто отрезал конец (который обычно входит в ПК) и подключил его напрямую к соответствующим клеммам.

Для коммутируемого выхода я использовал трехполюсную розетку, установленную на панели, переработанную из старого и непригодного для использования ИБП.

Управляющий сигнал поступает на устройство по другому кабелю, позаимствованному у неработающего принтера — я даже оставил цилиндрический штекер на нем, чтобы я мог легко подключиться к своим макетным платам.
Наконец, я использовал липкие резиновые ножки, взятые из какого-то старого спутникового ресивера, чтобы он мог хорошо стоять, не царапая то, на чем он находится.

Строительство

Сначала выпотрошил блок питания — некоторые детали оставил для будущих проектов, а остальные выбросил.Затем я разложил в нем все компоненты, чтобы убедиться, что все хорошо сочетается. Используя Dremel, я расширил и углубил отверстия по бокам для (выходного) разъема и (входного) кабеля.

Кроме того, с помощью Dremel я создал 3 новых отверстия: одно сбоку для кабеля управляющего сигнала и два снизу для крепления твердотельного реле.

Эти два винта удерживают твердотельное реле на месте.

Полупроводниковое реле уже защищено, и сигналы управления поданы.

Оказалось, что выходная розетка слишком высока и не имеет опоры внизу, поэтому я вырезал пару прямоугольников (по размеру профиля розетки) из оставшегося более 1 мм листа полистирола. и я приклеил их к нижней части гнезда, чтобы обеспечить прочное основание для гнезда.

Пока клей высыхал, огромный «колышек» держал его на месте.

После высыхания основа настолько прочная, что их невозможно было разорвать руками.

После этого нужно было выполнить только тривиальные соединения:

Желто-зеленый: подключен между входом и выходом, а также задней частью твердотельного реле. Коричневый: идет прямо от входа к выходу. Синий: вход подключен к одной из переключаемых клемм реле. Другой кусок синего кабеля идет от другого терминала к коммутируемому выходу. Красный и серый: управляющие сигналы.

Все подключения к сети на месте.

Я создал небольшой кружок горячего клея на кабелях ввода и управления, чтобы предотвратить случайное натяжение кабеля.

Кабели ввода и управления.

После прикрепления липких резиновых ножек он готов к следующему эксперименту!

Я мог бы немного усложнить схему.Светодиод на корпусе, показывающий, включен он или выключен, было бы неплохо (в корпусе даже есть специальное место для этого), но в моем случае это не обязательно, поскольку коммутируемая схема будет давать обратную связь о состоянии реле.

No related posts.