SSR nebo polovodičová relé jsou vysoce výkonné elektrické spínače, které fungují bez zapojení mechanických kontaktů, místo toho používají polovodičové polovodiče, jako MOSFETy pro spínání elektrické zátěže.

SSR lze použít k provozu vysokých výkonových zátěží prostřednictvím malého vstupního spouštěcího napětí se zanedbatelným proudem.

Tato zařízení lze použít k provozu vysoce výkonných střídavých zátěží i DC zatížení .

Polovodičová relé jsou ve srovnání s elektromechanická relé kvůli několika odlišným vlastnostem.

Hlavní rysy a výhody SSR

Hlavní vlastnosti a výhody polovodičových relé nebo SSR jsou:

SSR lze snadno sestavit pomocí minimálního počtu běžných elektronických součástek
Pracují bez jakékoli formy klikání kvůli absenci mechanických kontaktů.
Být v pevné fázi také znamená, že SSR se mohou přepínat mnohem vyšší rychlostí než tradiční elektromechanické typy.
SSR nezávisí na zapnutí externího napájení, spíše extrahujte napájení ze samotné zátěže.
Pracují na zanedbatelný proud, a proto nevybíjejí baterii v bateriových systémech. To také zajišťuje zanedbatelný volnoběžný proud zařízení.

Základní pracovní koncept SSR využívající MOSFETy

V jednom ze svých dřívějších příspěvků jsem vysvětlil, jak MOSFET založený obousměrný spínač lze použít k ovládání jakékoli požadované elektrické zátěže, stejně jako standard mechanický spínač , ale s výjimečnými výhodami.

Stejný koncept obousměrného přepínače MOSFET lze použít pro vytvoření ideálního zařízení SSR.

Informace o SSR založeném na triaku najdete na k tomuto příspěvku

Základní design SSR

základní koncepce návrhu polovodičového relé SSR

Ve výše uvedeném základním návrhu SSR můžeme vidět několik patřičně hodnocených MOSFETů T1 a T2 připojených zády k sobě s jejich zdrojovými a hradlovými svorkami spojenými společně.

D1 a D2 jsou vnitřní tělové diody příslušných MOSFET, které lze v případě potřeby posílit externími paralelními diodami.

Vstupní stejnosměrné napájení lze také vidět připojené přes společné brány / zdrojové svorky dvou MOSFETů. Toto napájení se používá ke spouštění MOSFETů ON nebo k povolení trvalého zapnutí MOSFETů, když je jednotka SSR v provozu.

“systém otevřené smyčky vs uzavřená smyčka ”

Napájení střídavým proudem, které může být až do úrovně sítě a zátěž, je zapojeno do série napříč dvěma vývody MOSFET.

Jak to funguje

Fungování navrhovaného relé prodaného stavu lze pochopit podle následujícího diagramu a příslušných podrobností:

U výše uvedeného nastavení jsou kvůli připojenému napájení vstupní brány oba T1 a T2 v zapnuté poloze. Když je AC vstup na straně zátěže zapnutý, levé schéma ukazuje, jak kladný poloviční cyklus prochází příslušným párem MOSFET / dioda (T1, D2) a pravé boční schéma ukazuje, jak negativní AC cyklus prochází druhým doplňkovým MOSFET / diodový pár (T2, D1).

V levém diagramu zjistíme, že jeden z polovičních cyklů střídavého proudu prochází T1 a D2 (T2 je zpětně předpjatý) a nakonec dokončí cyklus zátěží.

Pravý boční diagram ukazuje, jak druhá polovina cyklu dokončí obvod v opačném směru vedením zátěží T2, D1 (v tomto případě je předpětí T1 obráceno).

“polovodičové relé spdt 12v ”

Tímto způsobem dva MOSFETy T1, T2 spolu s příslušnými tělovými diodami D1, D2 umožňují obě poloviční cykly střídavého proudu vést, dokonale napájet zátěž střídavého proudu a účinně plnit roli SSR.

Vytvoření praktického obvodu SSR

Doposud jsme se naučili teoretický návrh SSR, nyní pojďme kupředu a podívejme se, jak by mohl být sestaven praktický polovodičový reléový modul pro přepínání požadované vysoké zátěže střídavého proudu bez jakéhokoli externího vstupu DC.

Výše uvedený obvod SSR je nakonfigurován přesně stejným způsobem, jaký je popsán v dřívějším základním návrhu. Zde však najdeme dvě další diody D1 a D2 spolu s tělovými diodami MOSFET D3, D4.

Diody D1, D2 jsou zavedeny pro konkrétní účel tak, že tvoří můstkový usměrňovač ve spojení s tělovými diodami D3, D4 MOSFET.

Malý vypínač lze použít k zapnutí / vypnutí SSR. Tímto spínačem může být jazýčkový spínač nebo jakýkoli slaboproudý spínač.

U vysokorychlostního přepínání můžete přepínač vyměnit za a optočlen Jak je ukázáno níže.

Okruh v podstatě nyní splňuje 3 požadavky.

Napájí zátěž střídavým proudem prostřednictvím konfigurace MOSFET / Diode SSR.
Můstkový usměrňovač tvořený D1 --- D4 současně převádí zátěžový střídavý vstup na usměrněný a filtrovaný stejnosměrný proud a tento stejnosměrný proud se používá pro předpětí bran MOSFET. To umožňuje, aby se MOSFETy vhodně zapínaly samotnou zátěží AC, bez závislosti na externím DC.
Usměrněný stejnosměrný proud je dále zakončen jako pomocný stejnosměrný výstup, který lze použít k napájení jakékoli vhodné externí zátěže.

Problém s obvodem

Bližší pohled na výše uvedený design naznačuje, že tento návrh SSR může mít problémy s efektivní implementací zamýšlené funkce. Je to proto, že v okamžiku, kdy spínací stejnosměrný proud dorazí na bránu MOSFET, začne se zapínat, což způsobí přemostění proudu odtokem / zdrojem a vyčerpáním napětí brány / zdroje.

Zvažme MOSFET T1. Jakmile usměrněný stejnosměrný proud začne dosáhnout brány T1, začne se zapínat vpravo od přibližně 4 V dále, což způsobí obtokový efekt napájení přes jeho odtokové / zdrojové svorky. Během této chvíle se DC bude snažit stoupat přes zenerovu diodu a začne klesat k nule.

To zase způsobí, že se MOSFET vypne a mezi MOSFET odtokem / zdrojem a MOSFET bránou / zdrojem dojde k neustálému druhu boje nebo přetahování, což zabrání SSR ve správném fungování.

Řešení

Řešení výše uvedeného problému lze dosáhnout pomocí následujícího příkladu koncepce obvodu.

Cílem je zajistit, aby MOSFETy nereagovaly, dokud nebude vyvinuto optimálních 15 V přes zenerovou diodu nebo přes bránu / zdroj MOSFETů

Operační zesilovač zajišťuje, že jeho výstup vystřelí pouze tehdy, když stejnosměrné vedení překročí referenční prahovou hodnotu zenerovy diody 15 V, což umožňuje branám MOSFET získat optimální 15 V DC pro vedení.

Červená čára spojená s pin3 IC 741 může být přepínána přes optický vazební člen pro požadované přepínání z externího zdroje.

“co měří ampérmetr ”

Jak to funguje : Jak vidíme, invertující vstup operačního zesilovače je svázán s 15V zenerem, který tvoří referenční úroveň pro operační zesilovač pin2. Pin3, což je neinvertující vstup operačního zesilovače, je spojen s kladnou linkou. Tato konfigurace zajišťuje, že výstupní pin6 operačního zesilovače produkuje napájení 15 V pouze tehdy, když jeho napětí pin3 dosáhne hodnoty vyšší než 15 V. Akce zajišťuje, že MOSFETy budou fungovat pouze prostřednictvím platného optimálního napětí brány 15 V, což umožní správnou funkci SSR.