Твердотельное реле своими руками схема: Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Содержание

Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Твердотельное реле (ТТР) – прибор из серии электронных компонентов немеханического действия. Отсутствие механики открывает больше возможностей любителям электроники сделать твердотельное реле своими руками для личного пользования.

Рассмотрим такую возможность подробнее.

Содержание статьи:

Конструкция и принцип действия ТТР

Если большая часть подобной электроники традиционно содержит подвижные детали контактных групп, твердотельное реле таких деталей не имеет совсем. Коммутация цепи схемой устройства осуществляется по принципу электронного ключа. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники – силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.

Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования.

Промышленным производством выпускаются реле твердотельные различной конфигурации, предназначенные под самые разные условия практического применения. Выбор модификаций обширный

В рамках плотного изучения прибора сразу же следует выделить преимущественные стороны ТТР:

  • коммутация мощной нагрузки;
  • высокая скорость переключения;
  • идеальная гальваническая развязка;
  • способность кратковременно держать высокие перегрузки.

Среди механических конструкций найти реле с подобными параметрами реально не представляется возможным. Вообще, преимущества относительно механических собратьев у твердотельных реле выражаются внушительным списком.

Два электронных прибора, функционально обеспечивающих коммутацию цепей: слева сделан на основе твердотельной конструкции, справа – традиционная механическая система переключения

Условия эксплуатации для ТТР практически не ограничивают применение этих устройств. К тому же отсутствие подвижных механических деталей благоприятно сказывается на продолжительности службы приборов. Так что есть все основания, чтобы заняться твердотельным реле – собрать устройство своими руками.

Однако, справедливости ради, наряду с положительными моментами следует отметить свойства реле, характеризуемые как недостатки. Так, для эксплуатации мощных приборов, как правило, требуется дополнительный компонент конструкции, который предназначен отводить тепло.

На случай коммутации мощной нагрузки реле твердотельного исполнения практически всегда дополняются мощными радиаторами охлаждения. Этот момент несколько усложняет применение ТТР

Радиаторы охлаждения твердотельных реле имеют габаритные размеры в несколько раз превосходящие габариты ТТР, что снижает удобство и рациональность монтажа.

Приборы ТТР в процессе эксплуатации (в закрытом состоянии) дают обратный ток утечки и показывают нелинейную вольт-амперную характеристику. Не все твердотельные реле допустимо использовать без ограничений в характеристиках коммутируемых напряжений.

Конструкция для применения только в схемах, где питание осуществляется постоянным током. Обычно эти приборы отличают малые габариты и небольшая мощность коммутации

Отдельные виды устройств предназначены коммутировать только постоянный ток. Внедрение твердотельных реле в схему обычно требует обращения к дополнительным мерам, направленным на блокировку ложных срабатываний.

Твердотельные реле часто можно встретить в общем .

Как работает твердотельное реле?

Управляющий сигнал (обычно напряжение низкого уровня, исходящее, к примеру, от контроллера управления) подаётся на светодиод оптоэлектронной пары, присутствующей в схеме ТТР. Светодиод начинает излучать свет в сторону фотодиода, который в свою очередь открывается и начинает пропускать ток.

Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 – источник напряжения управления; 2 – оптопара внутри корпуса реле; 3 – источник тока нагрузки; 4 – нагрузка

Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Ключ открывается, замыкает цепь нагрузки.

Так работает функция коммутации прибора. Вся электроника традиционно заключена в монолитный корпус. Собственно, поэтому устройство и получило название твердотельного реле.

А о том, как подключить твердотельное реле можно прочесть в .

Разновидности твердотельных переключателей

Весь существующий ассортимент приборов условно можно разделить по группам, исходя из категории подключаемой нагрузки, особенностей контроля и коммутации напряжений.

Таким образом, в общей сложности наберётся три группы:

  1. Устройства, действующие в цепях постоянного тока.
  2. Устройства, действующие в цепях переменного тока.
  3. Универсальные конструкции.

Первая группа представлена приборами с параметрами рабочих управляющих напряжений  3 – 32 вольта. Это относительно малогабаритная электроника, наделённая светодиодной индикацией, способная функционировать без перебоев при температурах -35 / +75 ºС.

Широко распространённое исполнение электронного прибора для применения в однофазной электрической сети. Также встречаются иные варианты конструкций, но значительно реже

Вторая группа – устройства, предназначенные под установку в сетях переменного напряжения. Здесь представлены конструкции ТТР для установки в сетях переменного тока, управляемые напряжением 24 – 250 вольт. Есть устройства, способные коммутировать нагрузку высокой мощности.

Третья группа – приборы универсального назначения. Схемотехника этого вида устройств поддерживает ручную настройку на использование в тех или иных условиях.

Если отталкиваться от характера подключаемой нагрузки, следует выделить два вида твердотельных реле переменного тока: однофазные и трёхфазные. Оба вида рассчитаны на коммутацию достаточно мощной нагрузки при токах 10 – 75 А. При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины 500 А.

Широко распространённый вариант исполнения для применения в трёхфазной электрической сети. Часто используется в качестве линейного регулятора мощных электрических нагревателей (ТЭН)

В качестве нагрузки, коммутируемой твердотельными реле, могут выступать ёмкостные, резистивные, индукционные цепи. Конструкции переключателей позволяют без лишнего шума, плавно управлять, к примеру, нагревательными элементами, лампами накаливания, электродвигателями.

Надёжность работы в достаточной степени высока. Но во многом стабильность и долговечность твердотельных реле зависит от качества производства изделий. Так, устройства, выпускаемые под некой торговой маркой «Impuls», часто отмечаются непродолжительным сроком службы.

С другой стороны, изделия фирмы «Schneider Electric» не оставляют повода для критики.

Как сделать ТТР своими руками?

Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

Вот такой выглядит самодельная конструкция твердотельного реле. Сделать нечто подобное несложно. Нужны лишь базовые навыки электронщика и электрика. Материальные затраты небольшие

Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

Электронные компоненты для сборки схемы

Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

  1. Оптопара типа МОС3083.
  2. Симистор типа ВТ139-800.
  3. Транзистор серии КТ209.
  4. Резисторы, стабилитрон, светодиод.

Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

Принципиальная схема маломощного твердотельного реле для сборки своими руками. Небольшое количество деталей и простой навесной монтаж позволяют спаять схему без труда

Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

Проверка собранной схемы на работоспособность

Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

Проверка работоспособности твердотельного реле с помощью измерительного прибора. Если на вход устройства подано управляющее напряжение, переход симистора должен быть открыт

Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

Устройство монолитного корпуса

Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

Каркас под заливку корпуса будущего прибора. Делается из картонной полосы или других подходящих материалов. На алюминиевой подложке закрепляется универсальным клеем

Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

Закрепление симистора на алюминиевой подложке. Главное условие – этот электронный компонент необходимо плотно прижать к металлическому основанию. Только так обеспечивается качественный теплоотвод и надёжность работы

Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

Вариант крепления симистора к подложке при помощи клёпки. С обратной стороны клёпка расплющивается заподлицо с поверхностью подложки

Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

Приготовление компаунда и заливка корпуса

Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

  1. Эпоксидная смола без отвердителя.
  2. Порошок алебастра.

Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

Так выглядит готовый экземпляр твердотельного реле, собранного своими руками. Несколько необычно и не очень презентабельно, но достаточно надёжно

Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

Выводы и полезное видео по теме

Этот ролик показывает, как и на базе каких электронных компонентов можно сделать твердотельное реле. Автор доходчиво рассказывает обо всех деталях практики изготовления, с какими он столкнулся лично в процессе производства электронного коммутатора:

Видео о проблеме, с которой можно столкнуться после приобретения однофазного ТТР у продавцов из Китая. Попутно проводит своеобразный обзор устройства прибора коммутации:

Самостоятельное изготовление твердотельных реле – вполне возможное решение, но применительно к изделиям под низковольтную нагрузку, потребляющую относительно малую мощность.

Более мощные и высоковольтные приборы сделать своими руками сложно. Да и обойдётся эта затея по финансам в такую же сумму, какой оценивается заводской экземпляр. Так что в случае надобности проще купить готовый прибор промышленного изготовления.

Если у вас появились вопросы по сборке твердотельного реле, пожалуйста, задайте их в блоке с комментариями, а мы постараемся дать на них предельно понятный ответ. Там же можно поделиться опытом самостоятельного изготовления реле или сообщить ценную информацию по теме статьи.

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.

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 863 раза – 80 КБ

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

Просмотров:3 987


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.

 

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, А8
Напряжение, В24
Отключение Uн, В0,7
Климат–20 +40° С
Долговечность, число срабатываний1 млн
Сопротивление, Ом92
Время срабатывания, сек0,6

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, А6
Напряжение, кВ1,5
Изменение потока, м/с0,1–30
Температурный градиент, градусы15
Рабочее давление, бар10
ЗащитаIP67

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

ОбмоткаМедная
Сопротивление катушек, Ом1000/560
Перегрузка, В45 В
Напряжение, В24

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, В40
Ток, А0,05
Время срабатывания, с0,1
Износостойкость, млн4
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, А0,5…2,0
Срабатывание, А0,5…1,0
Износостойкость40млн
Напряжение, В24
Климатическое исполнениеУХЛ

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

  • Р – реле;
  • Т – тока;
  • Ф – фильтровое.
Ток, А1–5
Напряжение, В220
Частота, Гц50
Температуры работы, градусы-10 до +40
Износостойкость, млн. циклов1,5

Датчик-реле потока воздуха ДРПВ-1:

Скорость потока, м/секот 4,0 до 10
Сечение воздуховода, мм150х180
Взрывозащита1ExdIIBT4
Выходной сигнал0,05 до 0,5 А
Параметры окружающей средыот — 10 до + 50 98% при температуре 35°С
Габаритные размеры, мм276x143x248

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.

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.

Твёрдотельное реле для поворотников в авто, две простые схемы

Всем привет, сегодня мы рассмотрим две простые схемы реле поворотов для автомобиля. Схемы простые, не требуют настроек и работают сразу после монтажа.

И сразу к делу, вот первая схема,

она построена на таймере NE555,

это очень популярная микросхема, но пропускать весь ток через себя будет полевой, p-канальный транзистор IRF5305, он довольно-таки мощный.

Паять всё я буду на макетной плате, для меня — это дешевый и удобный способ. Для удобства в подключении я буду использовать клеммную колодку.

Первую схему я спаял, в итоге у меня получилась, небольшая плата меньше спичечного коробка.

Давайте включим и протестируем схему.

Подаем 12 вольт и лампочка начинает мигать с нормальными промежутками времени.

Полевой транзистор вообще не нагревается, поэтому можно использовать данную схему без радиатора, но если хотите, можете всё-таки прикрутить радиатор небольшого размера.

Частоту мигания лампочки можно изменять, для этого потребуется взять и поменять номиналы резисторов — 22 кОм и 180 кОм, в большую или меньшую сторону. Вот и всё, что касается первой схемы. Никаких дополнительных настроек не требуется.

Вторая схема построена уже только на транзисторах, также можете заметить, что данная схема подключается последовательно с нагрузкой, то есть её можно просто вставить в разрыв провода идущего на лампочку.

Радиодеталей нам потребуется совсем немного, а именно

  • три резистора любой мощности ( 220к, 6.8к, 22к)
  • два электролитических конденсатора
  • один диод 1N4007
  • транзистор BD140
  • еще один транзистор IRF3205 или аналоги

Паять опять же будем на макетной плате…

Вот такая платка получилась, теперь проверить надо.

Подключаем питание и лампочка начинает мигать с нормальной скоростью поворотника.

В краткости рассмотрим принцип работы схемы. Через резистор R1 конденсатор C1 заряжается, когда он зарядится, транзистор BD140 откроется и на полевой транзистор IRF3205 поступит питание, которое откроет и его. Когда конденсатор c1 разрядиться BD140 закроется и на транзистор IRF3205 питание уже не будет поступать, тем самым он перейдёт в закрытое состояние.

Чтобы изменить частоту мигания лампочки потребуются увеличить номинал конденсатора С1, тем самым мигание лампочки будет реже, то есть, чем больше номинал, тем меньше вспышек, чем мы меньше номинал конденсатора поставим, тем больше будет вспышек. Но я думаю вам этого не потребуется, так как номиналы уже подобраны для нормального мигания поворотника.

За счет того, что у полевого транзистора очень маленькое сопротивление, нагрева не должно быть, поэтому радиатор можно не использовать.

Вот такие, простые схему у нас получились, надеюсь, что кому-нибудь пригодится, буду только рад.

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 выходное видео


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 ».

Цепь твердотельного реле с использованием симисторов и коммутации с переходом через нуль

Твердотельное реле сети переменного тока или SSR — это устройство, которое используется для переключения тяжелых нагрузок переменного тока на уровне сети через изолированные триггеры с минимальным напряжением постоянного тока, без использования механических подвижных контактов.

В этом посте мы узнаем, как построить простое твердотельное реле с питанием от сети или цепь SSR с использованием симистора, BJT, оптопары с переходом через нуль.

Преимущество твердотельных реле SSR перед механическими реле

Реле механического типа могут быть довольно неэффективными в приложениях, требующих очень плавного, очень быстрого и чистого переключения.

Предложенная схема SSR может быть построена дома и использоваться в местах, где требуется действительно сложное управление нагрузкой.

В данной статье описана схема твердотельного реле сетевого 220 В со встроенным детектором перехода через ноль.

Схема очень проста в понимании и построении, но при этом имеет такие полезные функции, как чистое переключение, отсутствие радиочастотных помех и способность выдерживать нагрузки до 500 Вт. Мы много узнали о реле и о том, как они работают.

Мы знаем, что эти устройства используются для переключения тяжелых электрических нагрузок через внешнюю изолированную пару контактов в ответ на небольшой электрический импульс, полученный с выхода электронной схемы.

Обычно триггерный вход находится в непосредственной близости от напряжения катушки реле, которое может составлять 6, 12 или 24 В постоянного тока, в то время как нагрузка и ток, коммутируемые контактами реле, в основном находятся на уровнях потенциалов сети переменного тока.

В основном реле полезны, потому что они могут переключать тяжелые, подключенные к их контактам, не приводя опасные потенциалы в контакт с уязвимой электронной схемой, через которую они переключаются.

Однако преимущества сопровождаются несколькими критическими недостатками, которые нельзя игнорировать.Поскольку контакты связаны с механическими операциями, иногда они совершенно не подходят для сложных схем, требующих высокоточного, быстрого и эффективного переключения.

Механические реле также имеют плохую репутацию генерировать радиопомехи и шум во время переключения, что также приводит к ухудшению качества его контактов со временем.


Для SSR на основе MOSFET, пожалуйста, обратитесь к этому сообщению. Проблемы генерации радиочастотных помех во время работы.

Также тиристоры и симисторы при интеграции непосредственно в электронные схемы требуют, чтобы линия заземления схемы была соединена с катодом, что означает, что секция схемы больше не изолирована от смертоносных напряжений переменного тока от устройства — серьезный недостаток с точки зрения безопасности. к пользователю обеспокоен.

Однако симистор может быть очень эффективно реализован, если полностью устранить вышеупомянутую пару недостатков. Следовательно, две вещи, которые должны быть устранены с помощью симисторов, если они должны быть эффективно заменены на реле, — это радиочастотные помехи при переключении и попадание опасной сети в цепь.

Твердотельные реле спроектированы в точном соответствии с указанными выше спецификациями, что исключает влияние РЧ-сигналов, а также позволяет полностью отделить две ступени друг от друга.

Коммерческие SSR могут быть очень дорогими и не подлежат ремонту, если что-то пойдет не так. Однако изготовление твердотельного реле полностью вами и его использование для необходимого приложения может быть именно тем, что «доктор прописал». Поскольку он может быть построен с использованием дискретных электронных компонентов, он становится полностью ремонтируемым, модифицируемым и, более того, дает вам четкое представление о внутренних операциях системы.

Здесь мы изучим создание простого твердотельного реле 220 В.

Как это работает

Как обсуждалось в предыдущем разделе, в предлагаемой схеме SSR или твердотельного реле радиочастотные помехи проверяются путем принудительного переключения симистора только вокруг нулевой отметки синусоидальной фазы переменного тока и использования Оптопара гарантирует, что вход находится вдали от сетевых потенциалов переменного тока, присутствующих в цепи симистора.

Давайте попробуем понять, как работает схема:

Как показано на схеме, оптрон становится порталом между триггером и схемой переключения.Триггер входа применяется к светодиоду оптопара, который загорается и заставляет фототранзистор проводить.
Напряжение от фототранзистора проходит через коллектор к эмиттеру и, наконец, достигает затвора симистора, чтобы управлять им.

Вышеупомянутая операция довольно обычна и обычно связана с триггером всех симисторов и тиристоров. Однако этого может быть недостаточно для устранения радиочастотного шума.

Секция, состоящая из трех транзисторов и некоторых резисторов, специально вводится с целью проверки генерации ВЧ, гарантируя, что симистор проводит только в окрестности нулевых пороговых значений синусоидального сигнала переменного тока.

Когда сеть переменного тока подключена к цепи, выпрямленный постоянный ток становится доступным на коллекторе оптранзистора, и он проводит, как объяснено выше, однако напряжение на переходе резисторов, подключенных к базе T1, регулируется так, чтобы оно сразу после того, как сигнал переменного тока поднимется выше отметки 7 вольт. Пока форма сигнала остается выше этого уровня, T1 остается включенным.

Это заземляет напряжение коллектора оптранзистора, препятствуя току симистора, но в момент, когда напряжение достигает 7 вольт и приближается к нулю, транзисторы перестают проводить, позволяя симистору переключаться.

Процесс повторяется в течение отрицательного полупериода, когда T2, T3 проводят в ответ на напряжения выше минус 7 вольт, снова заставляя симистор срабатывать только тогда, когда фазовый потенциал приближается к нулю, эффективно устраняя индукцию РЧ-помех при переходе через нуль.

Принципиальная схема твердотельного реле на основе симистора

Список деталей
  • R1 = 120 K,
  • R2 = 680K,
  • R3 = 1 K,
  • R4 = 330 K,
  • R5 = 1 M,
  • R6 = 100 Ом 1 Вт,
  • C1 = 220 мкФ / 25 В,
  • C2 = 474/400 В Металлизированный полиэстер
  • C3 = 0.22 мкФ / 400 В PPC
  • Z1 = 30 В, 1 Вт,
  • T1, T2 = BC547B,
  • T3 = BC557B,
  • TR1 = BT 36,
  • OP1 = MCT2E или аналогичный.

Схема печатной платы

Использование оптопары SCR 4N40

Сегодня, с появлением современных оптопар, создание высококачественного твердотельного реле (SSR) стало действительно простым. 4N40 — одно из таких устройств, в котором используется фотоэлектрический тиристор для требуемого изолированного запуска нагрузки переменного тока.

Этот оптрон можно легко настроить для создания высоконадежной и эффективной цепи SSR.Эту схему можно использовать для запуска нагрузки 220 В через полностью изолированное логическое управление 5 В, как показано ниже:

SSR с использованием ИС оптопары MOC3020 и симистора

ИС MOC3040 или MOC3041 аналогичны обычным оптопарам, где Типичный фототранзистор заменен фототриаком (100 мА / 400 В при 25 ° C). Основная особенность этой ИС заключается в том, что она практически позволяет использовать в схеме все формы кремниевых выпрямителей (SCR) и симисторов, что обычно невозможно с оптопарами на основе фототранзисторов.Определение типа симистора для создания твердотельного реле с напряжением 220 В возможно в зависимости от типа нагрузки, с которой должно работать реле.

Учитывая, что нагрузка SSR резистивная, симистор TIC 226D / 400 V можно использовать удовлетворительно. В случае, если для нагрузки указана индуктивная нагрузка, может потребоваться симистор на 630 В, например, может потребоваться тип TIC 226M. Помните, что рабочее напряжение конденсатора C1 должно соответствовать характеристикам используемого симистора.

Резистор R1 на стороне входа может быть определен в зависимости от уровня входного напряжения, V в .Его значение можно рассчитать по следующей формуле:

R1 = 1000 (V в — 1,3) / I oc .

В этом уравнении V в будет в вольтах, R1 в омах, а I oc будет в мА, что указывает на ток через светодиод в оптроне MOC.

Если мы рассматриваем вход оптопары со стороны светодиода как V в = 12 В, а ток I oc = 30 мА (которые являются стандартными характеристиками оптопары MOC 3040), то полученный результат значение R1 будет равно 356 Ом, и мы можем округлить его до практически достижимого значения 330 Ом.

В MOC 3041 спецификация тока светодиода Ioc составляет всего 15 мА, что означает, что на практике можно допустить, чтобы значение ограничивающего сопротивления R1 составляло около 680 Ом. Максимальный ток, который может выдержать это твердотельное реле 220 В, составляет примерно 8 А, для большей мощности вы можете соответствующим образом заменить симистор

Изображение предоставлено: Farnel

Создание компактного твердотельного реле малой мощности для управления бытовой техникой переменного тока с использованием ESP8266 для Приложения IoT

Реле часто используются во многих коммутационных схемах, где требуется управление (включение или выключение) нагрузки переменного тока.Но из-за электромеханических характеристик механическое реле имеет автономный ресурс, 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 и протестируем то же самое 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 использованием 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 печатной 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 прототипа печатной платы 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 соответствующую программу.

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.

Photo Voltaic Tutorial Выходные твердотельные реле MOSFET


Рис. 1

Льюис Лофлин

Здесь мы рассмотрим использование оптопары с фотодиодно-гальваническим выходом для включения-выключения силовых полевых МОП-транзисторов. МОП-транзисторы — это устройства с напряжением , управляемые напряжением , поэтому требования к приводам очень малы.

Посмотрим на обе коммерческие единицы.

На рис. 1 показано типичное твердотельное реле переменного тока, использующее фотомистор и светодиодный эмиттер.Проблема в том, что они не работают на постоянном токе, потому что после включения остаются включенными до тех пор, пока не отключится питание.


Рис. 2

Рис. 2 иллюстрирует, как фотодиод генерирует небольшое напряжение при воздействии света. Дополнительные сведения об основных операциях см. В разделе «Работа и использование фотодиодных схем

».
Рис. 3

На Рис. 3 мы видим оптрон с фотоэлектрическим выходом VOM1271. Он использует группу фотодиодов, включенных последовательно, чтобы генерировать полезное выходное напряжение.При включении светодиода генерируется 7-10 вольт — VOM1271 также включает в себя схему отключения (резистор сброса напряжения) для включения полевого МОП-транзистора при выключении светодиода.

Доступно несколько таких устройств. См. Раздел «Реле постоянного тока на полевых МОП-транзисторах с использованием фотоэлектрических драйверов».

Причина, по которой мы обычно используем оптопары, состоит в том, чтобы обеспечить интерфейс с разными уровнями напряжения, изоляцию по напряжению между датчиками высокого напряжения и микроконтроллерами низкого напряжения, а также помехозащищенность. В этих примерах мы изолируем высокое напряжение от микроконтроллера, такого как Arduino.


Рис. 4

На Рис. 4 показаны соединения между фотоэлектрическим оптопарой и N-канальным силовым МОП-транзистором IRF630. Микроконтроллер, такой как Arduino, будет обращаться со светодиодом так же, как и с любым другим светодиодом. Когда светодиод включен, матрица фотодиодов вырабатывает около 7 вольт, включая затвор IRF630.

Только для постоянного тока — соблюдайте полярность! Номинальное напряжение и ток определяются полевым МОП-транзистором — диод является внутренним по отношению к полевому МОП-транзистору. Можно использовать любое количество полевых МОП-транзисторов.

См. Также раздел «Подключение выходных твердотельных реле Crydom MOSFET».


Рис. 5

На Рис. 5 показано твердотельное реле TIP3123, коммерческое устройство. Отличие заключается в использовании двух полевых МОП-транзисторов в дополнение к фотоэлектрической оптронной схеме. Два выходных контакта подключены к стокам полевого МОП-транзистора.

Подробнее о полевых МОП-транзисторах см .:


Рис. 6

Внутренние соединения с TIP3123 показаны на Рис. 6. У нас есть светодиод эмиттера и матрица напряжения фотодиода, затворы на полевых МОП-транзисторах связаны вместе, как и соединения источников.Два открытых дренажных соединения образуют выходные соединения. Матрица фотодиодов подключается между соединениями затвор-исток — оба полевых МОП-транзистора включаются одновременно светодиодом.


Рис.7

LBA110 представляет собой двойной SSR с изюминкой: соединения на выводах 5 и 6 такие же, как и выше, с N-канальными MOSFET, являются NO, а выводы 7 и 8 образуют нормально замкнутое реле (NC) . То есть реле работает, когда светодиоды на контактах 1 и 2 выключены.


Фиг.8

На рис. 8 показан SSR LCA715, рассчитанный на 60 В при 2 А. Как и две мои схемы SSR выше, соединение с общим источником выведено на контакт 5, что позволяет использовать два разных способа подключения устройства.

В верхней половине рис. 8 показаны соединения переменного или постоянного тока — оставьте контакт 5 отключенным .

Нижняя половина иллюстрирует конфигурацию только постоянного тока с открытыми стоками (контакты 4 и 6), соединенными вместе, и нагрузкой, подключенной между ними и контактом 5. Соблюдайте полярность! Это Н.Только в режиме О.


Рис. 9

На Рис. 9 показан G3VM-81PR, рассчитанный на 80 В переменного / постоянного тока при 120 мА. Это Н.О. только и является устройством для монтажа на печатной плате.


Рис. 10

На Рис. 10 показан Lh2540, который выводит общий источник на контакт 5. Он рассчитан на 360 В переменного / постоянного тока при 120 мА. Он может быть подключен только для переменного / постоянного тока или только постоянного тока, как показано на рис. 10. Это монтаж на печатной плате либо на поверхность, либо через отверстие.


Рис. 11

На Рис. 11 показан TLP172, рассчитанный на 60 В переменного / постоянного тока при 400 мА.Это только поверхностный монтаж.

Существует множество твердотельных реле. Их более низкая стоимость и более высокая надежность будут по-прежнему заменять старые магнитные реле.

Ардуино

Другие схемы

Цепь твердотельного реле

| ElecCircuit.com

Вот простая схема твердотельного реле. Зачем это нужно? Представьте, что вам нужно управлять нагрузкой с помощью сети переменного тока. Часто для включения-выключения нагрузки используется силовое реле. Но в некоторых случаях реле использовать нельзя.Например, в местах, чувствительных к искрам. Во время работы реле может возникнуть искра.

Как это работает

Представьте себе схему твердотельного реле, которая обычно используется для управления входным напряжением от 3 до 24 В.

Однако в реальной эксплуатации. Мы обнаружили это при низком входном напряжении. Производительность схемы снижена. Потому что большинство входных цепей будут использовать резистор для управления током, протекающим через светодиодный передатчик.

При низком напряжении ток очень мал, так что выходные цепи, управляющие током затвора симистора, уменьшаются, ток, протекающий через нагрузку, уменьшается.Если лампа является нагрузкой, очевидно, что лампа не горит или слабый свет.

Возможны модификации путем уменьшения резисторов. При использовании высокого входного напряжения. Ток, протекающий через светодиодный передатчик, будет слишком большим, пока он не будет поврежден.

Чтобы решить эту проблему. Мы разработали новые входные цепи, поэтому питание светодиодного передатчика является постоянным током на всех уровнях входного напряжения.

Работа схем

Из схем видно, что транзистор Q1 действует как постоянный ток на светодиодный передатчик в IC1-OPTO ISOLATOR.

Когда мы присоединяем R1 к светодиоду, базовое напряжение Q1 будет постоянным около 2 вольт, а на выводе эмиттера Q1 также будет около 1,5 вольт.

Исходя из значения резистора R2 в этой схеме, мы будем иметь постоянный ток, протекающий через транзистор Q1 и светодиод около 30 мА на выход, а также постоянный ток на выводе 4 IC1 для управления затвором симистора.

Итак, ток, протекающий через нагрузку, — это определенная величина, необходимая в любое время.

Как собрать

Для начала вам нужно сделать макетную плату печатной платы. Во-вторых, вы должны разместить все компоненты в соответствии с рисунком 3, при этом мы припаяем нижние части до и затем с более высокими компонентами.Симистор Q2 должен быть установлен с соответствующим радиатором.


Рис. 2 Схема расположения печатной платы и компонентов. Проекты профессиональных твердотельных реле

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Твердотельное реле с выходом постоянного тока

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

Этот проект был разработан для 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 — одно и то же 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 работы 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 (изменить значение 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)

MOC3063 оптопара, BTA 16 TRIAC — PLCGOODS Automation

Все о твердотельных реле и TRIAC ICs: BTA16 TRIAC и MOC3063 optocoupler

Когда дело доходит до включения и выключения устройства переменного тока, реле может без проблем справиться с этой задачей.Реле — это довольно мощный электромеханический переключатель, который может переключать большие нагрузки, имеет очень низкое контактное сопротивление, поэтому практически отсутствуют потери мощности на стороне переменного тока и обеспечивает гальваническую развязку.

Единственная проблема заключается в том, что реле все еще частично механическое, что означает, что оно переключается довольно медленно, не переключается бесшумно, его контакты со временем изнашиваются, при размыкании контактов могут образовываться пятна и катушка требует постоянного питания. Чтобы противодействовать этим проблемам, стал популярным другой вид реле, полностью электрическое реле, так называемое твердотельное реле , и даже при том, что в настоящее время вы можете получить такое мощное твердотельное реле на 40 А примерно за 3-4 доллара в Китае.

На рисунке 1 показан типичный модуль твердотельного реле производства FOTEK

.

Давайте поговорим об основах таких твердотельных реле, потому что, хотя в их названии есть слово «реле», на самом деле они имеют очень мало общего с реле, с которым мы знакомы. Во-первых, все они имеют входную и загрузочную стороны. Со стороны нагрузки мы можем просто подключить наше устройство переменного тока в сочетании с нашим напряжением переменного тока, как мы бы это делали с контактами традиционного реле.

Рисунок 2: показывает внутреннюю часть типичного реле

На входе мы просто должны подать напряжение постоянного тока, которое твердотельное реле представляет на своем корпусе, чтобы пропустить ток через вход, который, таким образом, замыкает переключатель на стороне нагрузки и, следовательно, активирует устройство переменного тока.

На самом деле это довольно просто, поэтому давайте создадим испытательную схему с переменным напряжением 24 В по соображениям безопасности, резистором 1 кОм на стороне нагрузки и входным напряжением 5 В.После подачи входного напряжения мы сразу же замечаем, что входной ток / мощность твердотельного реле намного ниже, чем входной ток / мощность традиционного реле.

И если мы посмотрим на напряжение на резисторе 1 кОм на осциллографе , мы увидим синусоидальную волну сетевого напряжения, что означает, что переключатель нагрузки работает без проблем, но если мы измерим максимальное напряжение на резисторе , мы получаем только значение 35,4 В, в то время как выходное напряжение моего трансформатора имеет пиковое напряжение , равное 36.2 вольта.

Это означает, что на нагрузочных контактах твердотельного реле наблюдается заметное падение напряжения около 1,46 В, что, очевидно, представляет собой потерю мощности. Чтобы лучше понять эту проблему, я удалил нагрузку и источник напряжения со стороны нагрузки и вместо этого напрямую подключил источник питания лабораторного стола, который я установил на ограничение тока в 1 ампер.

Этот поток тока создал падение напряжения на 0,87 В на контактах нагрузки, и, следовательно, с увеличением потребности в токе на стороне нагрузки мы производили все больше и больше потерь мощности, что является большим недостатком по сравнению с традиционными реле, но, по крайней мере, это должно быть возможным. включить и выключить мой пример лампочки здесь намного быстрее.

После подачи на вход прямоугольной волны частотой 1 килогерц мы видим, что выходные контакты остаются замкнутыми, даже когда я полностью снимаю входное напряжение. Причина в том, что основным компонентом твердотельного реле является так называемый TRIAC .

Суть в том, что TRIAC имеет ток удержания, что означает, что TRIAC будет оставаться проводящим до тех пор, пока ток не упадет ниже этого значения. Короче говоря, переключение постоянного напряжения с помощью твердотельного реле — это избыточный , так что давайте вернемся к цепи переменного тока на стороне нагрузки.

Как вы можете видеть, используя довольно высокую частоту, почти все полуволны переменного напряжения пропускаются, но если мы уменьшим частоту до ниже частоты сетевого напряжения 50 герц, мы можем наблюдать довольно много интересных аспектов переключателя. .

Во-первых, твердотельное реле может отключаться только около нулевой точки, поскольку ток протекает только около этой точки под током удержания.

Далее, переключатель также включается только около нулевой точки, что позволяет уменьшить начальный импульсный ток и, таким образом, электромагнитные помехи , которые, например, реле может легко создать, но с другой стороны, эта функция делает невозможно контролировать фазовый угол , который можно было бы использовать для управления мощностью нашего прибора переменного тока.

Причина в том, что это твердотельное реле типа с переходом через ноль , которое, как и название, подразумевает включение только около нулевой точки. Что нам понадобится для управления углом фазы , так это твердотельное реле с ненулевым переходом , которое, конечно, также существует.

Последняя особенность типа переключателя, которую следует упомянуть, заключается в том, что, как и в случае реле, он предлагает гальваническую развязку между входом и стороной нагрузки, что делает его безопасным для использования, например, с микроконтроллером , и теперь, когда у нас есть основы в стороне и узнал, что твердотельное реле устраняет несколько десятков проблем традиционного реле, а также добавляет несколько новых недостатков, как мы можем на самом деле создать его самостоятельно?

Коммерческое твердотельное реле состоит из BTA16 TRIAC , который фактически может обрабатывать только 16 ампер вместо заявленных 40 ампер.Оптрон MOC3063 со встроенной схемой перехода через нуль и транзистор SS8050 NPN .

Рисунок 3: отображает BTA16 TRIAC IC

Рисунок 4: отображает MOC3063 IC

Рисунок 5: отображает схему внутреннего блока оптопары MOC3063

.

И, проследив следы печатной платы и проведя небольшое тестирование целостности, я придумал схему коммерческого продукта, которая должна быть более или менее правильной.То, что мы получили, представляет собой простую схему переключателя TRIAC, которая активируется оптопарой.

Вот почему я покопался в лежащих у меня компонентах и ​​придумал свою, еще более простую схему. В качестве TRIAC я использовал BT138 , который может выдерживать только 12 ампер, но, с другой стороны, очень дешевый. Для оптрона я выбрал MOC3020 , который вы также можете приобрести недорого и по сравнению с коммерческим продуктом не включает схему перехода через нуль , что означает, что моя версия твердотельного реле может использоваться для фазового угла Контроль .

Рисунок 6: отображает схему подключения микросхем MOC3063 и BTA16

Остальные компоненты — это в значительной степени просто токоограничивающие резисторы, значения которых можно легко вычислить, и, когда теория была завершена, я собрал все необходимые компоненты и припаял их все к небольшому куску монтажной платы .

Рисунок 7: отображает прототип построенной схемы

После того, как пайка была завершена, я купил себе мощный радиатор и прикрепил к нему TRIAC , что означает, что мое твердотельное реле было готово, поэтому я почти повторил те же тесты, которые проводил ранее с коммерческим твердотельным реле, и пришел к выводу, что вывод о том, что моя версия может предлагать более низкий диапазон входного напряжения, более низкий диапазон напряжения нагрузки вместе с меньшим номинальным током нагрузки приводит к немного большим потерям мощности и в целом не так приятно смотреть, как коммерческий продукт.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *