Polovodičové polovodičové relé nebo SSR je zařízení, které se používá k přepínání těžkých střídavých zátěží na úrovni sítě prostřednictvím izolovaných minimálních spouštěčů stejnosměrného napětí bez zabudování mechanických pohyblivých kontaktů.

V tomto příspěvku se naučíme, jak postavit jednoduché polovodičové relé nebo obvod SSR pomocí triaku, BJT, optočlenu s nulovým křížením.

Výhoda polovodičového SSR oproti mechanickým relé

Mechanický typ relé může být docela neefektivní v aplikacích, které vyžadují vysoce hladké, velmi rychlé a čisté spínání.

Navrhovaný obvod SSR lze postavit doma a použít na místech, která vyžadují skutečně sofistikovanou manipulaci s nákladem.

Polovodičový reléový obvod se zabudovaným detektorem křížení nuly je popsán v tomto článku.

Obvod je velmi snadno pochopitelný a sestavitelný, přesto poskytuje užitečné funkce, jako je čisté přepínání, bez rušení vysokofrekvenčními vlnami a schopný zvládat zátěže až 500 W. Naučili jsme se hodně o relé a jejich fungování.

Víme, že tato zařízení se používají k přepínání těžkých elektrických zátěží prostřednictvím externího izolovaného páru kontaktů v reakci na malý elektrický impuls přijímaný z výstupu elektronického obvodu.

“co dělá spínač v obvodu ”

Obvykle je spouštěcí vstup v blízkosti napětí cívky relé, které může být 6, 12 nebo 24 V DC, zatímco zátěž a proud spínaný kontakty relé jsou většinou na úrovních síťového potenciálu AC.

V zásadě jsou relé užitečná, protože jsou schopna přepínat těžké připojení ke svým kontaktům, aniž by uvedly nebezpečné potenciály do kontaktu se zranitelným elektronickým obvodem, kterým jsou spínány.

Výhody jsou však doprovázeny několika kritickými nevýhodami, které nelze ignorovat. Vzhledem k tomu, že kontakty zahrnují mechanické operace, někdy jsou docela neschopné sofistikovaných obvodů, které vyžadují vysoce přesné, rychlé a efektivní přepínání.

Mechanická relé mají také špatnou pověst generování vysokofrekvenčního rušení a šumu během přepínání, což také vede k degradaci kontaktů v čase.

Pro SSR založené na MOSFET prosím odkaz na tento příspěvek

Použití SCR ot Triac pro výrobu SSR

Triaky a SCR se považují za dobrou náhradu v místech, kde se výše uvedená relé ukáží jako neúčinná, avšak i ta mohou během provozu zahrnovat problémy s generováním RF interference.

Také SCR a triaky, pokud jsou integrovány přímo do elektronických obvodů, vyžadují, aby bylo zemní vedení obvodu spojeno s jeho katodou, což znamená, že část obvodu již není izolována od smrtelných střídavých napětí ze zařízení - vážná nevýhoda, pokud jde o bezpečnost se týká uživatele.

“co dělá řídicí jednotka ”

Triak však může být velmi efektivně implementován, pokud je výše zmíněná dvojice nevýhod zcela vyřešena. Proto by měly být triaky odstraněny dvě věci, které by měly být účinně vyměněny za relé, a to vysokofrekvenční rušení při přepínání a vstup nebezpečné sítě do obvodu.

Polovodičová relé jsou navržena přesně podle výše uvedených specifikací, což eliminuje RF interference a také udržuje dva stupně úplně stranou od ostatních.

Komerční SSR mohou být velmi nákladné a nejsou funkční, pokud se něco pokazí. Avšak vytvoření polovodičového relé vámi a jeho použití pro požadovanou aplikaci může být přesně to, co „lékař objednal“. Vzhledem k tomu, že jej lze postavit pomocí samostatných elektronických součástek, stává se zcela opravitelným, upravitelným a navíc vám poskytuje jasnou představu o vnitřních operacích systému.

Zde budeme studovat výrobu jednoduchého polovodičového relé.

Jak to funguje

Jak je uvedeno v předchozí části, v navrhovaném návrhu obvodu SSR nebo polovodičového reléového obvodu se ruší vysokofrekvenční rušení tak, že se triak přepíná pouze kolem nulové značky sinusové fáze střídavého proudu a použití optočlenu zajišťuje, že vstup je udržován v dostatečné vzdálenosti od potenciálu střídavého proudu přítomného v triakovém obvodu.

Zkusme pochopit, jak obvod funguje:

Jak je znázorněno na schématu, optočlen se stává portálem mezi spouští a spínacím obvodem. Vstupní spoušť se aplikuje na LED diodu opto, která osvětluje a vede fototranzistor.
Napětí z fototranzistoru prochází kolektorem do emitoru a nakonec dosáhne brány triaku, aby jej ovládalo.

“jak funguje výtah ”

Výše uvedená operace je docela běžná a je obvykle spojena se spouštěčem všech triaků a SCR. To však nemusí stačit k eliminaci vysokofrekvenčního šumu.

Část zahrnující tři tranzistory a některé rezistory je zejména zavedena s ohledem na kontrolu generování RF zajištěním toho, že triak vede pouze v blízkosti nulových prahů sinusového průběhu AC.

Když je do obvodu přivedeno střídavé napětí, je v kolektoru opto tranzistoru k dispozici usměrněný stejnosměrný proud, který vede, jak je vysvětleno výše, avšak napětí na spoji rezistorů připojených k základně T1 je tak upraveno, že vede okamžitě poté, co křivka střídavého proudu stoupne nad značku 7 voltů. Po tak dlouhou dobu zůstává křivka nad touto úrovní zapnutá T1.

To uzemňuje kolektorové napětí opto tranzistoru, čímž brání vedení triaku, ale v okamžiku, kdy napětí dosáhne 7 voltů a blíží se nule, přestanou tranzistory vést, což umožní triaku přepnout.

Tento proces se opakuje během záporného polovičního cyklu, kdy T2, T3 vede v reakci na napětí nad minus 7 voltů, čímž se opět vytvoří triak, který vystřelí pouze tehdy, když se fázový potenciál blíží nule, čímž účinně eliminuje indukci interferencí nulového přechodu.

Schéma zapojení obvodu SSR v pevné fázi

Seznam dílů pro navrhovaný polovodičový reléový obvod

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

Rozložení PCB

Pomocí SCR Opto-Coupler 4N40

Dnes s příchodem moderních optických vazebních členů je výroba vysoce kvalitního polovodičového relé (SSR) opravdu snadná. 4N40 je jedno z těchto zařízení, které používá foto SCR pro požadované izolované spouštění zátěže střídavým proudem.

Tento optický vazební člen lze jednoduše nakonfigurovat pro vytvoření vysoce spolehlivého a efektivního obvodu SSR. Tento obvod lze použít ke spuštění zátěže 220 V prostřednictvím důkladně izolovaného 5V logického řízení, jak je znázorněno níže: