Releele SSR sau Solid State sunt comutatoare electrice de mare putere care funcționează fără a implica contacte mecanice, în schimb, utilizează semiconductori cu stare solidă precum MOSFET-uri pentru comutarea unei sarcini electrice.

SSR-urile pot fi utilizate pentru operarea unor sarcini de mare putere, printr-o mică tensiune de declanșare de intrare cu curent neglijabil.

Aceste dispozitive pot fi folosite și pentru operarea încărcărilor de curent alternativ de mare putere Sarcini DC .

Releele în stare solidă sunt extrem de eficiente în comparație cu relee electromecanice datorită câtorva caracteristici distincte.

Principalele caracteristici și avantaje ale SSR

Principalele caracteristici și avantaje ale releelor în stare solidă sau SSR-uri sunteți:

SSR-urile pot fi construite cu ușurință folosind un număr minim de piese electronice obișnuite
Acestea funcționează fără nicio formă de sunet de clic din cauza absenței contactelor mecanice.
A fi în stare solidă înseamnă, de asemenea, că SSR-urile pot comuta la o viteză mult mai mare decât tipurile tradiționale electromecanice.
SSR-urile nu depind de sursa externă pentru pornire, ci mai degrabă extrag alimentarea din sarcină.
Acestea funcționează folosind un curent neglijabil și, prin urmare, nu descarcă bateria în sistemele cu baterie. Aceasta asigură, de asemenea, un curent de ralanti neglijabil pentru dispozitiv.

Conceptul de lucru SSR de bază folosind MOSFET-uri

Într-una din postările mele anterioare am explicat cum se bazează un MOSFET comutator bidirecțional ar putea fi folosit pentru a opera orice sarcină electrică dorită, la fel ca un standard comutator mecanic , dar cu avantaje excepționale.

Același concept de comutator bidirecțional MOSFET ar putea fi aplicat pentru realizarea unui dispozitiv SSR ideal.

Pentru un SSR bazat pe Triac, vă rugăm să consultați la acest post

Design SSR de bază

Conceptul de proiectare SSR de bază a releului în stare solidă

În designul SSR de bază prezentat mai sus, putem vedea câteva MOSFET-uri T1 și T2 clasificate corespunzător conectate spate în spate cu sursele lor și terminalele de poartă unite între ele.

D1 și D2 sunt diodele interne ale corpului MOSFET-urilor respective, care pot fi întărite cu diode paralele externe, dacă este necesar.

O sursă de alimentare DC de intrare poate fi văzută, de asemenea, atașată la terminalele comune de poartă / sursă ale celor două MOSFET-uri. Această sursă este utilizată pentru declanșarea MOSFET-urilor ACTIVE sau pentru activarea pornirii permanente a MOSFET-urilor în timp ce unitatea SSR este funcțională.

“cum să lipiți componente electronice ”

Alimentarea cu curent alternativ care ar putea fi până la nivelul rețelei de rețea și sarcina sunt conectate în serie prin cele două canalele de scurgere ale MOSFET-urilor.

Cum functioneaza

Funcționarea releului de stat vândut propus poate fi înțeleasă prin referirea la următoarea diagramă și la detaliile corespunzătoare:

funcționarea SSR pe jumătate de ciclu pozitivă

funcționare SSR negativă la jumătate de ciclu

Cu setarea de mai sus, datorită alimentării porții de intrare conectate, T1 și T2 sunt ambele în poziția ON pornită. Când intrarea AC pe partea de sarcină este pornită, diagrama din stânga arată modul în care se desfășoară jumătatea ciclului pozitiv prin perechea relevantă MOSFET / diodă (T1, D2), iar diagrama din partea dreaptă arată modul în care se desfășoară ciclul alternativ negativ prin celălalt MOSFET complementar / pereche de diode (T2, D1).

În diagrama din stânga găsim că unul dintre semiciclurile de curent alternativ trece prin T1 și D2 (T2 fiind polarizat invers) și, în cele din urmă, finalizează ciclul prin sarcină.

Diagrama laterală dreaptă arată cum celălalt jumătate de ciclu completează circuitul în direcția opusă conducând prin sarcină, T2, D1 (T1 fiind inversat polarizat în acest caz).

În acest fel, cele două MOSFET-uri T1, T2 împreună cu diodele corpului lor respective D1, D2, permit ambelor semicicluri ale AC să conducă, alimentând perfect sarcina AC și îndeplinind rolul SSR în mod eficient.

Realizarea unui circuit SSR practic

Până acum am învățat proiectarea teoretică a unui SSR, acum să mergem mai departe și să vedem cum ar putea fi construit un modul practic de releu în stare solidă, pentru comutarea unei sarcini de curent alternativ dorite, fără intrare externă DC.

Circuitul SSR de mai sus este configurat exact în același mod în care sa discutat în proiectarea de bază anterioară. Cu toate acestea, aici găsim două diode suplimentare D1 și D2, împreună cu diodele corpului MOSFET D3, D4.

“cum se fac semnalizatoare secvențiale ”

Diodele D1, D2 sunt introduse într-un scop specific, astfel încât formează un redresor de punte împreună cu diodele corpului D3, D4 MOSFET.

Micul comutator ON OFF ar putea fi utilizat pentru pornirea / oprirea SSR. Acest comutator ar putea fi un comutator reed sau orice comutator de curent redus.

Pentru comutarea de mare viteză puteți înlocui comutatorul cu un opto-cuplator așa cum se arată mai jos.

În esență, circuitul îndeplinește acum 3 cerințe.

Alimentează încărcarea de curent alternativ prin configurația MOSFET / Diode SSR.
Redresorul de punte format din D1 --- D4 convertește simultan intrarea de curent alternativ în DC rectificat și filtrat, iar acest DC este utilizat pentru polarizarea porților MOSFET-urilor. Acest lucru permite MOSFET-urilor să fie pornite corespunzător prin AC-ul de încărcare în sine, fără a depinde de niciun DC extern.
DC rectificat este terminat în continuare ca o ieșire DC auxiliară care ar putea fi utilizată pentru alimentarea oricărei sarcini externe adecvate.

Problema circuitului

O privire mai atentă asupra designului de mai sus sugerează că acest design SSR ar putea avea probleme în implementarea eficientă a funcției intenționate. Acest lucru se datorează faptului că, în momentul în care DC-ul de comutare ajunge la poarta MOSFET-ului, acesta va începe să pornească, provocând o ocolire a curentului prin drenaj / sursă, epuizând tensiunea porții / sursei.

Să luăm în considerare MOSFET T1. De îndată ce DC-ul rectificat începe să ajungă la poarta T1, acesta va începe să pornească la dreapta de la aproximativ 4 V înainte, provocând un efect de ocolire a alimentării prin bornele sale de scurgere / sursă. În acest moment, DC se va lupta să se ridice peste dioda zener și să înceapă să cadă spre zero.

La rândul său, acest lucru va face ca MOSFET să se oprească, iar tipul continuu de luptă învechit sau un tragere de război va avea loc între canalul / sursa MOSFET și poarta / sursa MOSFET, împiedicând SSR să funcționeze corect.

Soluția

Soluția la problema de mai sus ar putea fi realizată folosind următorul exemplu de concept de circuit.

Obiectivul aici este să ne asigurăm că MOSFET-urile nu conduc până când nu se dezvoltă un optim de 15 V pe dioda zener sau pe poarta / sursa MOSFET-urilor.

Amplificatorul operațional se asigură că ieșirea sa se declanșează numai odată ce linia DC trece pragul de referință al diodei zener de 15 V, ceea ce permite porților MOSFET să obțină un DC optim de 15 V pentru conducere.

Linia roșie asociată pinului 3 al IC 741 poate fi alternată printr-un cuplaj opto pentru comutarea necesară de la o sursă externă.

Cum functioneaza : După cum putem vedea, intrarea inversă a amplificatorului operațional este legată de zenerul de 15V, care formează un nivel de referință pentru pinul amplificator op2. Pin3, care este intrarea fără inversare a amplificatorului op, este conectat cu linia pozitivă. Această configurație asigură faptul că pinul de ieșire al amplificatorului operativ produce o alimentare de 15V numai odată ce tensiunea pin3 a depășit semnul de 15 V Acțiunea asigură faptul că MOSFET-urile conduc doar printr-o tensiune de poartă validă optimă de 15 V, permițând o funcționare corectă a SSR.

Comutare izolată

Principala caracteristică a oricărui SSR este de a permite utilizatorului o comutare izolată a dispozitivului printr-un semnal extern.

Designul bazat pe amplificatorul operațional de mai sus ar putea fi facilitat cu această caracteristică, așa cum este demonstrat în următorul concept: