Схема твердотельного реле: Твердотельное реле своими руками

      Комментариев к записи Схема твердотельного реле: Твердотельное реле своими руками нет

Содержание

устройство, принцип работы, виды, схемы подключения

При организации логических схем управления оборудованием в качестве коммутаторов используются различные виды реле. В связи с развитием и совершенствованием полупроводниковых приборов на смену классическим логическим элементам пришло твердотельное реле (ТТР). Для чего используется, как устроен и как функционирует данный вид устройств, мы рассмотрим в данной статье.

Назначение

Сфера применения твердотельного реле достаточно обширна и охватывает самые разнообразные отрасли промышленности и народного хозяйства. Их используют в таких системах, где по условиям эксплуатации можно исключить периодический контроль состояния коммутатора. Твердотельные приборы устанавливаются в оборудовании с частыми коммутациями, где классические подвижные контакты не справляются с работой и перегорают. Или в таких электроустановках, где недопустимо искрообразование при разрывании или замыкании цепи контактной группой.

Помимо этого твердотельные реле характеризуются малыми габаритами, что делает их весьма привлекательной альтернативой для слаботочного оборудования.

Они применяются в электронике и бытовых устройствах, а также труднодоступных местах, где после ввода прибора в работу отсутствует возможность технического обслуживания.

Основными направлениями, в которых вы часто встретите твердотельное реле, являются:

  • нагревательные электроприборы с ТЭНами, спиралями для контроля температуры нагревания;
  • контроль температурных режимов в технологических процессов;
  • отслеживание рабочих режимов силовых трансформаторов;
  • регулировка степени освещенности или включение освещения в зависимости от времени суток;
  • применение в качестве датчика движения;
  • включение и отключения электродвигателей, переключение различных режимов их работы;
  • в качестве электронных ключей силовых и слаботочных электроустановок;
  • как коммутаторы станочного оборудования, в котором нужна высокая частота срабатывания;
  • для переключения позиций в источниках бесперебойного питания.

Стоит отметить, что повсеместная автоматизация технологических процессов все чаще задействует твердотельное реле в качестве коммутационного устройства.

Устройство

Конструктивно твердотельное реле представляет собой расширенный вариант полупроводникового ключа. В состав устройства входят резисторы, транзисторы, симисторы или тиристоры, которые и лежат в основе их работы. За счет того, что вся конструкция имеет монолитную структуру – единый блок, реле  и получило название твердотельного.

Рис. 1. Устройство твердотельного реле

Условно все устройство можно разделить на несколько блоков:

  • Входной узел – используется для подачи управляющего сигнала. В состав узла входит токоограничивающий резистор и устройство для передачи сигнала на коммутирующий элемент.
  • Триггерный узел – применяется для обработки получаемых сигналов. Как правило, является частью линии оптической развязки, но может устанавливаться и отдельно от нее.
  • Узел оптической развязки – осуществляет гальваническое разделение основного участка и контролирующего. Является неотъемлемой составляющей реле переменного тока. От конструктивных особенностей этого узла напрямую зависит принцип действия коммутатора.
  • Цепь коммутации – производит включение и отключение линии питания нагрузки. Функционирует по принципу запирания и отпирания p-n перехода, поэтому классического переключения в твердотельных реле не происходит.
  • Цепи защиты – осуществляют устранение помех, защищают твердотельное реле от перегрузок и токов коротких замыканий. По месту расположения бывают внутренней и внешней установки.
  • Выходной узел – используется для подключения нагрузки, как правило, представлен парой контактов или клемм.

Следует отметить, что в зависимости от типа твердотельного реле, состав основных блоков может существенно отличаться. Поэтому определенные модели могут обходиться без некоторых из вышеперечисленных узлов.

Принцип работы

В зависимости от вида твердотельного реле, может отличаться и принцип его действия.

В основе работы лежит два сигнала – управляющий и управляемый, которые могут генерироваться и передаваться различным способом. Поэтому в качестве примера мы рассмотрим одну из разновидностей данного устройства, функционирующего посредством оптрона.

Рис. 2. Принцип действия твердотельного реле

Оптрон, в соответствии с п.1.1 ГОСТ 29283-92 осуществляет генерацию электромагнитных или световых импульсов с определенными параметрами. В соответствии с которым и происходит взаимодействие его компонентов. Конструктивно оптрон представляет собой оптическую пару – светодиод и фотодиод, установленные в разных блоках твердотельного реле.

При подаче питания на входной узел твердотельного реле начнется протекание тока через цепь светодиода. В результате чего световое излучение попадет на фотодиод. При достижении световым потоком заданной интенсивности, фотодиод установит рабочие параметры для цепи нагрузки и произведет коммутацию нагрузки.

Отличия от электромеханических реле

Рис. 3. Отличия между электромеханическим и твердотельным реле

Если рассматривать основные отличия, то они заключаются в принципе реализации логических операций. Так, в соответствии с п. 3.1.1 ГОСТ IEC 61810-7-2013 под электромеханическим реле следует понимать такое устройство, в котором операции производятся за счет движения механических элементов. В частности, на катушку индуктивности подается управляющий импульс, который создает достаточный электромагнитный поток для перемещения сердечника. Механически сердечник соединяется с контактной группой, которая замыкается и размыкается в зависимости от управляющего сигнала.

Твердотельное реле, в свою очередь, не имеет подвижных частей, а изменение логического состояния производится путем перевода полупроводникового элемента из открытого состояния в закрытое, и, наоборот. Поэтому основным отличием от электромеханических моделей является отсутствие подвижных контактов.

Технические характеристики

При выборе конкретной модели для замены вышедшего со строя твердотельного реле или для установки в новом оборудовании необходимо руководствоваться основными характеристиками прибора.

К основным параметрам относятся:

  • Класс и величина напряжения на входе и выходе устройства;
  • Сопротивление твердотельного элемента или потребляемая мощность;
  • Ток срабатывания – определяет рабочие параметры перехода из одного логического состояния в другое;
  • Перегрузочная способность – кратная величина номинальному току;
  • Электрическая прочность изоляции;
  • Тип монтажа – наличие крепежных деталей или пайка на выводы;
  • Материал, из которого изготовлено реле;
  • Габаритные размеры;
  • Наличие дополнительных функций.

Все характеристики твердотельных реле будут отличаться в зависимости от вида конкретного устройства.

Виды

Разделение по видам обуславливается как рабочими параметрами некоторых устройств, так и сферой их применения. Поэтому, классификация твердотельных реле осуществляется по нескольким факторам, определяющим тот или иной параметр.

Так, все логические элементы, в зависимости от рода тока, подразделяются на две группы – реле постоянного и переменного тока.

Первые отличаются высокой надежностью и отлично справляются с поставленными задачами, как при низких, так и при высоких температурах. Второй вид обладает высокой скоростью срабатывания.

В зависимости от количества подключаемых фаз все твердотельные реле подразделяются на однофазные и трехфазные. Первый вид обеспечивает питание однофазной нагрузки или устройств постоянного тока. Трехфазные, в большинстве случаев, используются для питания электродвигателей, но встречаются коммутаторы и для других типов оборудования.

Рис. 4. Трехфазные и однофазные твердотельные реле

По типу управления различают следующие виды:

  • Фазовое – плавно изменяет напряжение на выходе в процентном соотношении;
  • Мгновенное – производит переключение мгновенно;
  • При переходе через 0 – переключение осуществляется только при достижении синусоидой нулевого значения.

В зависимости от пропускаемой нагрузки, все устройства могут подразделяться на слаботочные и силовые. Первые устанавливаются в цепи управления, вторые используются для питания мощного бытового и промышленного оборудования.

Схемы подключения

На практике существует несколько вариантов подключения твердотельного реле к цепи питания и управления. Так, в зависимости от величины и рода питающего напряжения выделяют схему постоянного и переменного тока:

Рис. 5. Схема подключения твердотельного реле на 230 В

Как видите, здесь от фазного и нейтрального проводника напряжение подается и на цепь управления (выводы 3 и 4), и к нагрузке. Через выводы 1 и 2 фазный проводник устанавливается в коммутацию твердотельного реле для питания потребителя. Включение и отключение производится путем замыкания контактной группы К1 в цепи управления.

Еще один вариант схемы – управление нагрузкой посредством низковольтного сигнала:

Рис. 6. Питание твердотельного реле низким напряжением

В таком случае напряжение сети изначально подается на блок питание, где оно преобразуется и понижается. А затем через контакты К1 поступает в цепь управления твердотельного реле на выводы 3 и 4. Питание нагрузки происходит по тому же принципу, что и в предыдущем случае.

Помимо этого схемы подключения твердотельных реле подразделяются на две категории – нормально открытые и нормально закрытые. Первый вариант подразумевает такой принцип действия, когда подача напряжения на цепь управления подает напряжение к нагрузке.

Рис. 7. Нормально открытая схема твердотельного реле

Второй вариант схемы при подаче напряжения в цепь управления отключает питание нагрузки.

Рис. 8. Нормально закрытая схема твердотельного реле

Помимо этого существует трехфазная схема питания для соответствующего типа нагрузки:

Рис. 9. Трехфазная схема подключения твердотельного реле

Как видите на схеме, здесь используется трехфазное твердотельное реле. Для цепи управления используется пониженное напряжение, подаваемое от преобразователя. Линия трехфазного питания подключается к выводам A1, B1, C1, а трехфазный электродвигатель к выводам A2, B2, C2.

Достоинства и недостатки

Данный вид логических элементов характеризуется рядом плюсов и минусов в эксплуатации. К основным преимуществам твердотельных реле относятся:

  • Длительный срок эксплуатации в сравнении с электромеханическими моделями;
  • Может выполнять значительно больше коммутаций до наработки на отказ;
  • Бесшумность в работе;
  • Небольшой размер и вес;
  • Отсутствует механический износ контактной группы из-за их отсутствия;
  • Возможность установки в пожароопасных и взрывоопасных зонах за счет отсутствия искр в процессе коммутации;
  • Может работать без скачков напряжения и тока, чем в значительной мере нивелирует переходные процессы;
  • Внутреннее сопротивление практически не меняется в процессе эксплуатации;
  • Практически невосприимчивы к воздействию вибрации, оседанию пыли, электромагнитным полям.

Но, вместе с тем, твердотельные реле обладают и некоторыми недостатками. Существенной проблемой является нелинейная вольтамперная характеристика. В отключенном состоянии сопротивление p-n хоть и большое, но не бесконечное, чем обуславливаются токи утечки. Во включенном состоянии сопротивление полупроводника обуславливает нагрев твердотельного элемента и необходимость его принудительного охлаждения в силовых реле.

Также к недостаткам относят необходимость принятия мер против ошибочного срабатывания. При пробое твердотельные реле часто остаются во включенном состоянии, что создает опасность для оборудования и эксплуатационного персонала. За счет наличия p-n перехода пропускание тока в обратном направлении происходит не мгновенно. Одной из наибольших проблем является перегрузка, из-за которой реле мгновенно выходит со строя.

ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ РЕЛЕ

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

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

Преимущества твердотельных реле

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

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

Принципиальная схема твердотельного реле

Особенности данной схемы:

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

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

   Форум по устройствам автоматики

Простое твердотельное реле своими руками

Твердотельное реле, представляющее собой мощный тиристорный (симисторный) электронный ключ удобнее, надежнее, имеет значительно больший ресурс и работает бесшумно, по сравнению с традиционными электромагнитными реле. Такой ключ-реле не имеет подвижных частей, искрящих-пригорающих-изнашивающихся контактов. Не трудно сделать (даже в кустарных условиях) такое электронное реле любой мыслимой степени защиты (пыль, влажность, агрессивные среды). В большинстве случаев электронные ключи-реле с успехом применяются для коммутации нагрузки на переменном токе в строящихся приборах и аппаратах, модернизируя или ремонтируя старые приборы (применяя мощные электронные ключи) улучшаем их характеристики. Например, выход из строя примененных в множестве бытовой техники механических термостатов с биметаллическими изгибающимися контактами – очень частая причина поломок. Применив подобный электронный ключ мы разгружаем контактную группу штатного механического термостата, колоссально повышая его ресурс.

Здесь, реле-электронный ключ предназначено для управления электрическими нагревателями-спиралями в специальной печи небольшой мощности. Твердотельное реле управляется температурным контроллером имеющим специальный выход. Для сопряжения с контроллером применен транзисторный каскад. В целом, схема исполнительной части повторяет [1], отличаясь исполнением. Здесь, в качестве ключей применены симисторы в корпусах ТОР-3, что позволило сделать сборку вполне компактной.

Принципиальная схема твердотельного реле на симисторе. Здесь применен симистор ВТА-41, транзистор КТ315. Симисторная оптопара – МОС3020 (ток включения светодиода 30 мА). Цепочка С1, R3 предназначена для улучшения динамических характеристик симистора, меньшее из диапазона сопротивлений соответствует резистивной нагрузке ключа, большее – индуктивной. Резистор греется, лучше подобрать керамический, мощностью не менее 5 Вт. При необходимости, ключ может быть применен и для ручного включения, подобно [2], в этом случае транзисторный каскад удаляется, а на светодиод подается питание от маломощного сетевого блока. Такую схему исполнительного устройства можно применить и для контроллеров, не оснащенных специальным (для твердотельных реле) выходом. Достаточно, чтобы устройство управления имело обычный релейный выход, пусть и слабый. Нормально разомкнутую группу контактов штатного реле, следует при этом включить в разрыв питания светодиода.

В качестве радиаторов для симисторного ключа применены алюминиевые корпуса от отслуживших свой срок жестких дисков персонального компьютера. Они оказались вполне удобны для такого применения – преотлично нашлось место для крепления симистора, хорошо поместились и все детали высоковольтной части. Размер корпуса у HDD стандартен, имеются отверстия с нарезкой для специальных коротких саморезов. В ряде случаев, очень удобно применять и металлический корпус от старого системного блока. Модули симисторных ключей при этом монтируются на штатные места в специальную «корзину». Узко-высокий корпус-башню лучше проектировать для ее горизонтального положения, при этом все радиаторы с ключами внутри будут расположены вертикально, для нормального естественного охлаждения (не забыть про вентиляционные отверстия). Либо применять обдув и контроль температуры.

Мой блок управления будет трехфазным, это усложнит схему и увеличит громоздкость блока управления, зато втрое снизит проходящие токи, равномерно распределит греющиеся элементы (симисторы, элементы снабберов) и позволит задействовать пусть и перекошенную, но трехфазную деревенскую сеть.

Что понадобилось для работы.

Набор инструмента для электромонтажа, паяльник средней мощности (40…60 Вт) с принадлежностями, мультиметр, фен строительный или специальный для работы с термотрубками.


Набор инструмента для некрупных слесарных работ, ножницы по металлу, электрическая дрель или шуруповерт, набор сверл.

Материалы – отслужившие HDD, потребные радиоэлементы, крепеж, провод, мелочи

В своем электрическом хламе подобрал три гарантированно ненужных жестких диска, удалил платы контроллеров и механическую часть, оставил только крашеный порошковой краской алюминиевый поддон. В одном из вариантов HDD мотор дисков оказался насмерть запрессованным, оставил как есть, он не помешает.

Разметил места креплений для крупных элементов. Керамический 10 Вт резистор снаббера закрепил жестяной обоймой вырезанной из банки от сгущенного молока (съесть, отмыть, высушить, отрезать торцы, выровнять). Обоймы с резисторами закрепил винтиками М3 (+гайки-шайбы-стопоры).

Симисторы в выбранном месте прижал планками из нетонкого текстолита. Те же винтики М3 со всем сопутствующим, симистор изолировал от радиатора пластинкой из тонкой слюды. Под пластинку и под симистор плюхнул немного теплопроводящей пасты.

Весь электромонтаж велся короткими жесткими проводами – толстой медной луженой проволокой изолированной термотрубкой. Схема несложная, хватило выводов механически закрепленных элементов. Для более удобного подключения нагрузки, сделал от ножек симистора короткие проволочные выводы, сигнал управления подключается к выводам торчащей оптопары. Чтобы не путаться, незадействованный вывод откусил.

Испытания нагрузкой показали, что железка при работе с 2 кВт нагрузкой нагревается незначительно. Вместо сигнала управления зажигал светодиод оптопары от регулируемого БП, установив ток защиты 10 мА.


После проверки работоспособности каждого ключа, собрал трехфазный макет. Все три светодиода оптопар ключей (МОС3022, ток включения светодиода 10 мА) включены параллельно к одному транзисторному каскаду. Такое включение не рекомендуется – сложно достичь полной синхронности работы из-за неравенства, неидентичности оптопар. Мне пришлось применить оптопары имеющиеся. Из их большого количества отобрал три с одинаковыми измеренными параметрами светодиодов. Кроме того, возможной несинхронностью включения нагревателей в печи вполне можно пренебречь. Собственно, даже отказ одного из нагревателей скомпенсирует термоконтроллер.

Согласующий транзисторный каскад собран на отдельной некрупной платке и снабжен специальными проволочными выводами для винтовых клемм контроллера. Для уменьшения возни с травлением платку спроектировал так, чтобы границы между широкими контактными площадками легко и удобно прорезать бормашиной.

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

В качестве нагрузки-индикатора включил три 60 Вт лампы накаливания. Чтобы ничего не замкнуло в самый неподходящий момент, смонтировал все крупные элементы на живую нитку на куске ДСП. Пришлось к рабочему столу протянуть и все три фазы. Все отлично, все три включаются синхронно и надежно.

Babay Mazay, март, 2020 г.


Литература

1. Самодельное твердотельное реле, блок управления муфельной печью.
2. Трехфазное твердотельное реле на 40 А.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Твердотельное реле: схема, принцип работы, подключение

Чтобы обеспечить бесконтактную коммуникацию различных устройств без использования электромагнитов применяют твердотельное реле. Об особенностях, принципе действия и схеме подключения данного устройства поговорим далее.

Оглавление:

  1. Твердотельное реле — принцип работы
  2. Преимущества и сфера использования твердотельного реле
  3. Разновидности твердотельных реле
  4. Выбор и покупка твердотельного реле
  5. Особенности подключения твердотельного реле

Твердотельное реле — принцип работы

Твердотельное реле — это устройство, обеспечивающее контакт между низковольтными и высоковольтными электрическими цепями.

Рассматривая структуру данного прибора, большинство моделей схожи между собой, имеют незначительные отличия, которые никак не влияют на принцип их работы.

Структура твердотельного реле включает наличие:

  • входа,
  • оптической развязки,
  • триггерной цепи,
  • цепи переключателя,
  • цепи защиты.

Входом является первичная цепь, которая характеризуется наличием резистора на постоянном изоляторе, который имеет последовательное подключение. Основная функция цепи входа состоит в принятии сигнала и передаче команды устройству твердотельного реле, которое коммутирует нагрузку.

В качестве изоляции входной и выходной сети с переменным током используется устройство оптической развязки. От типа данного компонента, зависит вид реле и его принцип работы.

Для обработки входного сигнала и переключения выхода используется конструкция триггерной цепи. Она выступает, как отдельный элемент, а в некоторых моделях входит в состав оптической развязки.

Чтобы подать силу напряжения на нагрузку используется цепь переключающего типа, которая включает транзистор, кремниевый диод и симистор.

Чтобы защитить твердотельное реле от сбоев в работе или возникновения ошибок, используется отдельная защитная цепь. Это устройство бывает двух видов: внутреннего и внешнего.

Твердотельное реле схема состоит из:

  • системы контроля,
  • устройства твердотельного реле,
  • двигателя, насоса, сварочного аппарата, трансформатора или нагревателя.

Чтобы коммутировать индуктивную нагрузку с помощью твердотельного реле следует увеличить запас тока в 6-8 раз.

Принцип работы твердотельного реле состоит в замыкании или размыкании контактов, которые передают напряжение непосредственно на реле. Чтобы привести в действие контакты необходимо наличие активатора. Его роль в твердотельном реле выполняет полупроводник или твердотельный прибор. В устройствах которые работают при переменном токе это тиристор или симистор, а для приборов с постоянным током — транзистор.

Прибор, который характеризуется наличием ключевого транзистора, является твердотельным реле. Это, например, датчик движения или света, который с помощью транзистора осуществляет передачу напряжения.

Между напряжением в катушке и силовых контактах появляется действие гальванической развязки, которое исчезает в следствие наличия оптической цепи.

Преимущества и сфера использования твердотельного реле

Твердотельное реле часто заменяет обычные контактеры из-за большого количества преимуществ перед ними. Рассмотрим основные достоинства твердотельного реле:

1. Небольшое потребление энергии — из-за отсутствия электромагнитного разнесения, электромагнитное реле потребляет много электроэнергии, так как в твердотельном реле используется полупроводник, количество электроэнергии для его работы меньше на 90%.

2. Твердотельное реле малогабаритное устройство, это качество позволяет его легко транспортировать и устанавливать.

3. Данное устройство характеризуется высоким уровнем быстродействия и не требует ожидания для запуска.

4. Низкая шумопроизводительность — еще одно преимущество твердотельного реле перед контактерами.

5. Такие приборы отличаются более длительным сроком эксплуатации и не требуют дополнительного технического обслуживания.

6. Имеют большую сферу использования и подходят для разных приборов.

7. Твердотельное реле позволяет включать цепь не допуская помех электромагнитного характера.

8. Высокий уровень быстродействия позволяет избежать дребезга контактов во время работы устройства.

9. Твердотельное реле позволяет осуществить более миллиарда срабатываний.

10. Наличие надежной изоляции между цепями входа и коммутации повышает производительность прибора.

11. Реле отличается наличием компактной герметичной конструкции и стойкой вибрацией перед ударами.

Сфера использования твердотельного реле достаточно широкая. Их используют в том случае, если возникает необходимость в коммутации индуктивной нагрузки. Рассмотрим основные области применения данного устройства:

  • система, в которой производится регулировка температуры при помощи тэна;
  • чтобы поддержать постоянную температуру в технологическом процессе;
  • для коммутирования цепи управления;
  • при выполнении замены пускателей бесконтактного реверсного типа;
  • управление электрическими двигателями;
  • контроль нагрева, трансформаторов и других технических приборов;
  • регулирование уровня освещения.

Разновидности твердотельных реле

Есть несколько разновидностей твердотельного реле, которые отличаются особенностями контролирующего и коммутируемого напряжения:

1. Твердотельные реле постоянного тока — используется при действии постоянного электричества в диапазоне от 3 до 32-х Вт. Характеризуется высокими удельными характеристиками, светодиодной индикацией, высокой надежностью. Большинство моделей имеют широкий диапазон рабочих температур от -30 до +70 градусов.

2. Твердотельные реле переменного тока отличается низким уровнем электромагнитных помех, отсутствием шума во время работы, низким потреблением электроэнергии и высокой скоростью работы. Рабочий интервал составляет 90-250 Вт.

3. Твердотельные реле с ручным управление, позволяют настраивать тип работы.

В соотношении с типом нагрузки выделяют:

  • однофазное твердотельное реле,
  • трехфазное твердотельное реле.

Однофазное реле позволяет коммутировать электричество в диапазоне 10-120 А, или в диапазоне 100-500 А. Фазовое управление осуществляется при помощи аналогового сигнала и переменного резистора. Трехфазные реле применяют для коммутации тока сразу на трех фазах одновременно. Они имеют рабочий интервал от 10 до 120 А. Среди трехфазных реле выделяют устройства реверсивного типа, которые отличаются маркировкой и бесконтактной коммукацией. Их функция состоит в надежной коммутации каждой цепи отдельно. Специальные устройства способны надежно защищать реле от ложных включений.

Они используются во время запуска и работы асинхронного двигателя, который производит их реверс. При выборе данного устройства необходимо соблюдать большой запас мощности тока, который безопасно и эффективно эксплуатирует устройство.

Чтобы избежать возникновения перенапряжений при использовании реле, следует обязательно приобрести варистор или предохранитель быстрого действия.

Трехфазные реле отличаются более длительным сроком эксплуатации, чем однофазные. Коммукация происходит в следствие перехода тока через ноль и светодиодную индикацию.

В соотношении с методом коммукации выделяют:

  • устройства, выполняющие нагрузки емкостного типа, редуктивного типа, слабой индукции;
  • реле со случайным или мгновенным включением, используются в том случае, когда требуется мгновенное срабатывание;
  • реле с наличием фазового управления, позволяют производить настройку нагревательных элементов, ламп накаливания.

В соотношении с конструкцией твердотельные реле бывают:

  • монтируемые на Д И Н рейки,
  • универсальные, устанавливаемые на планки переходного типа.

Выбор и покупка твердотельного реле

Чтобы купить твердотельное реле, следует обратиться в специализированный магазин электроники, в котором опытные специалисты помогут подобрать устройство, в соотношении с необходимой мощностью.

Твердотельное реле цена определяется такими характеристиками:

  • тип устройства,
  • наличие крепежных элементов,
  • материал, из которого изготовлен корпус,
  • мгновенное или постепенное включение,
  • наличие дополнительных функций,
  • производитель,
  • мощность,
  • потребление электроэнергии,
  • габариты прибора.

Во время покупки твердотельного реле, следует учесть один очень важный момент. Данные устройства должны работать с запасом мощности, который превышает мощность устройства в несколько раз. Если не придерживаться этого правила, при небольшом повышении мощности, прибор мгновенно выйдет из строя.

Рекомендуется использование специальных предохранителей, которые помогут избежать поломки реле.

Есть несколько разновидностей предохранителей:

  • g R — используются во широком диапазоне мощностей, отличаются быстрым действием;
  • g S — используются во всем диапазоне тока, защищаю элементы полупроводников от повышенных нагрузок электросети;
  • a R — защищают элементы полупроводникового типа от возникновения коротких замыканий.

Такие устройства имеют достаточно высокую стоимость, которая приравнивается к стоимости самого реле, но они обеспечивают высокоэффективную защиту устройства от поломки.

Существуют другие предохранители, которые относятся к классу В, С и D. Они отличаются меньшим спектром защиты и более дешевой стоимостью.

Во время эксплуатации твердотельного реле, следует учесть, что данный прибор очень быстро нагревается. Если корпус устройства очень сильно нагрелся, то оно не способно коммутировать ток в обычном режиме, количество тока очень сильно снижается. Если температура нагрева достигнет 65 градусов, то прибор сгорит.

Поэтому во время использования реле обязательно требуется установка охлаждающего радиатора. И запас тока должен быть в три, четыре раза выше. Если производится регулировка двигателей асинхронного типа, то запас тока увеличивается в восемь-десять раз.

Особенности подключения твердотельного реле

Рекомендации по самостоятельному подключению твердотельного реле:

1. Соединения не требуют использования пайки, а осуществляются винтовым способом.

2. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать попадания в него пыли или элементов металлического происхождения.

3. Не разрешается прилагать недопустимые внешние воздействия на корпус устройства.

4. Не размещайте твердотельное реле рядом с легко воспламеняющимися предметами, а также не прикасайтесь к прибору, в то время когда он работает, чтобы избежать получения ожогов.

5. Перед включением реле следует убедиться в правильной коммутации соединений.

6. В случае нагрева корпусы выше 60 градусов, рекомендуется установка реле на радиатор охлаждения.

7. Чтобы избежать повреждения прибора нельзя допускать возникновения короткого замыкания на выходе.

 

рекомендации по сборке устройства своими руками и инструкция по подключению

Даже начинающий радиолюбитель способен собрать твердотельное реле. Это устройство создано на базе полупроводниковых радиодеталей. Силовые ключи собраны на тиристорах, транзисторах либо симисторах. Для изготовления схемы твердотельного реле своими руками, стоит выяснить принцип работы и особенности подключения устройства. В результате с его помощью можно повысить надежность и безопасность электроцепи.

Преимущества и недостатки

В отличие от других типов реле, твердотельное лишено подвижных контактов. Коммутация электроцепей в этом приборе выполняется по принципу электронного ключа, выполненного на полупроводниках. Чтобы при создании твердотельного реле не возникло проблем, необходимо разобраться с принципом работы прибора и его конструкцией.

Однако начать стоит с его описания основных преимуществ:

  • Возможность коммутировать мощные нагрузки.
  • Переключение происходит с высокой скоростью.
  • Качественная гальваническая развязка.
  • Способно выдерживает серьезные перегрузки на коротком временном отрезке.

Ни одно механическое реле не обладает аналогичными параметрами. Область применения твердотельного реле (ТТР) практически неограничена. Отсутствие подвижных элементов в конструкции существенно увеличивает срок службы устройства. Однако следует помнить, что прибор имеет не только преимущества. Некоторые свойства ТТР являются недостатками. Например, во время эксплуатации мощных устройств возникает необходимость в применении дополнительного элемента для отвода тепловой энергии.

Зачастую размеры радиатора существенно превышают габариты самого реле. В такой ситуации монтаж прибора несколько затрудняется. Когда устройство закрыто, то в нем наблюдается утечка тока, что приводит к появлению нелинейной вольт-амперной характеристики. Таким образом, при использовании ТТР следует обращать внимание на характеристики переключаемых напряжений. Некоторые виды устройств способны работать только в сетях с постоянным током. При подключении твердотельного реле к цепи нужно предусмотреть способы защиты от ложных срабатываний.

Виды устройств

Твердотельные реле можно разделить на несколько групп в соответствии с определенными параметрами. Чаще всего для классификации этих прибор используется категория подключенной нагрузки, а также способ контроля и коммутации напряжения. Таким образом, можно выделить 3 вида реле:

  • Приборы, работающие в цепях постоянного тока.
  • Переключатели для электроцепей переменного тока.
  • Универсальные реле.

К первой группе принадлежат ТТР с показателями коммутируемых напряжений 3−32 В. Они обладают небольшими габаритами, оснащены светодиодной индикацией и могут эффективно работать в температурном диапазоне от -35 до 75 градусов. Представителями второй категории являются переключатели, предназначенные для работы в электроцепях переменного тока при напряжении 24−220 В. Универсальные устройства имеют возможность ручной регулировки для использования в конкретных условиях.

Если классифицировать приборы по характеру подсоединенной нагрузки, то можно выделить 2 типа приборов, работающих в сетях переменного тока, — одно- и трехфазные. С их помощью можно управлять довольно высокой нагрузкой при силе тока 10−75 А. также стоит обратить внимание на пиковые показатели электротока, которые способны достигать 500 А.

Твердотельные переключатели можно применять в различных типах цепей, например, емкостных либо резистивных. Их конструкция позволяет избавиться от шума во время работы, а также добиться плавного управления приводами, например, электромоторами или лампами. ТТР отличаются высокой надежностью, но во многом срок службы приборов зависит от производителя.

Рекомендации по изготовлению

В соответствии с особенностями конструкции, схему прибора стоит собирать не на текстолите, а с помощью навесного монтажа. Существует довольно много схемотехнических решений, а выбирать нужный следует в зависимости от различных параметров, например, коммутируемой мощности.

Электронные элементы и проверка работоспособности

В качестве примера можно рассмотреть простую схему.

Применение оптической пары МОС3083 позволяет формировать управляющий сигнал, входное напряжение которого находится в диапазоне 5−24 В. Чтобы продлить срок работы светодиода АЛ307А, в схему введена цепочка, состоящая из сопротивления и стабилитрона. Найти все электронные элементы будет несложно. Собранная схема в обязательном порядке проверяется на работоспособность.

Для этого можно не подключать к цепи напряжение 220 В, а ограничиться параллельным подсоединением тестера к линии управления симистора. На измерительном приборе предварительно следует выбрать режим «мОм» и подать питание в 5−24 В на участок генерации управляющего напряжения. Если схема была собрана правильно, то тестер покажет разницу сопротивлений в диапазоне мОм-кОм.

Конструкция корпуса

Основанием самодельного твердотельного реле будет пластина из алюминия толщиной от 3 до 5 мм. Размеры пластины принципиального значения не имеют и при выборе материала необходимо учитывать только условия качественного отвода тепла от симистора. Также следует помнить, что поверхность основания должна быть ровной и его необходимо предварительно зачистить с помощью мелкой наждачной бумаги с двух сторон.

Следующим шагом станет установка по периметру пластины бордюра из пластика либо плотного картона. В результате должен получиться короб, который затем заливается эпоксидной смолой. Внутрь корпуса устанавливается собранная с помощью навесного монтажа схема реле. При этом на пластине из алюминия должен располагаться только симистор.

Чтобы улучшить процесс отвода тепла, следует использовать термопасту, разместив ее на всей площади контакта алюминиевого основания и полупроводникового элемента. Также следует помнить, что у некоторых симисторов анод не изолирован, и они устанавливаются только через слюдяную подложку.

Заливка компаундом

Для изготовления смеси потребуется алебастр и эпоксидная смола без отвердителя. Использование алебастра позволяет решить сразу две задачи — создается смесь идеальной консистенции и получается достаточное количество раствора при минимальном расходе эпоксидной смолы. Во время приготовления компаунд тщательно перемешивается, после чего можно добавить отвердитель и снова перемешать.

После этого созданная схема аккуратно заливается компаундом до верхнего уровня, оставляя на поверхности только часть головки контрольного светодиода. При изготовлении корпуса твердотельного переключателя можно использовать любые растворы, подходящие для литья. Единственным критерием при выборе ингредиентов является отсутствие способности проводить электроток.

Самодельное ТТР станет хорошим выбором для подключения к низковольтной цепи с малой мощностью. Собирать более мощные приборы, рассчитанные на высокие напряжения нецелесообразно. Такие схемы отличаются высокой сложностью и лучше купить готовый прибор.

виды и конструкция, рекомендации по изготовлению

На чтение 5 мин Просмотров 478 Опубликовано Обновлено

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).

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.

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.

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.

схема подключения, устройство, характеристики и управление

На чтение 9 мин Просмотров 222 Опубликовано Обновлено

Для контроля различного электронного оборудования требуется прибор, отличающийся миниатюрными размерами и высокой степенью надежности. К таким устройствам относятся твердотельные реле постоянного и переменного тока. Они нашли свое применение в бытовых и промышленных условиях. Реле можно самостоятельно собрать и установить своими руками без особых трудностей. Единственный критерий, препятствующий широкому распространению устройства – его стоимость. Прежде чем использовать твердотельное реле, нужно разобраться с его параметрами, принципом работы, конструкцией.

Принцип работы

Устройство твердотельного реле

Твердотельное реле – это модульный полупроводниковый прибор, используемый для замыкания и размыкания электрических сетей. Он представлен в виде транзисторов, симисторов, тиристоров. Твердотельные реле также называются SSR (solid state relay).

Основные компоненты, из которых состоит реле:

  • входной узел;
  • предохранители;
  • триггерная цепь;
  • развязка;
  • узел переключения;
  • защитная цепь;
  • выходной узел.

Большая часть твердотельных реле применяется для автоматики, подключенной к электросети 20-480 Вольт.

Принцип действия устройства прост. В корпус реле входят два контакта и два управляющих провода. Их число может изменяться в зависимости от фаз, которые были подключены. Под действием напряжения происходит переключение основной нагрузки.

Работая с реле, нужно учитывать, что под высокими напряжениями есть риск появления небольших токов утечки, которые могут навредить технике. Это связано с тем, что в реле остается небольшое сопротивление.

Известные модели

Расшифровка маркировки

Основные характеристики зависят от многих факторов. К популярным отечественным моделям, произведенным фирмами КИПпрбор, Протон, Cosmo, относятся:

  • ТМ-О. Устройства со встраиваемой схемой «ноль», через которую проходит переход фазы.
  • ТС. Модели, которые выключаются в любой момент времени.
  • Наиболее популярные и используемые – ТМВ, ТСБ, ТСМ, ТМБ, ТСА. Они обладают выходной RC цепью.
  • Тс/ТМ – силовые. Токи достигают значений 25 мА.
  • ТСА, ТМА – применяются в чувствительных приборах.
  • ТСБ, ТМБ – низковольтные модели. Напряжение не превышает 30 В.
  • ТСВ, ТМВ – высоковольтные. Напряжение достигает 280 В.

К иностранным аналогам относятся изделия, произведенные фирмами Carlo Gavazzi, Gefran, CPC.

Расшифровка

Модели SSR, TSR (однофазные и трехфазные соответственно) являются самыми популярными. Их сопротивление равно 50 Мом и более при напряжении 500 В.

Записывается обозначение как SSR -40 D A H. SSR или TSR обозначает число фаз. 40 – нагрузка в Амперах. Буквой обозначается сигнал на входе (L 4-20 мА, D – 3-32 В при постоянном токе, V – переменное сопротивление, A – 80-250 В при переменном токе). Следующая буква – входное напряжение (А – переменное, D – постоянное). Последняя буква – диапазон выходных напряжений (Н – 90-480 В, нет буквы – 24-380 В).

Особенности работы с устройством

Реле однофазное 220В

При работе с твердотельным реле 220в (управление 220), нужно придерживаться следующих правил:

  • Соединение должно осуществляться винтовым способом. Оно является достаточно надежным. Спайка частей не нужна, скрутка запрещена.
  • Нельзя допускать попадания пыли, воды и металлических предметов на реле. Они приводят к выходу из строя компонента.
  • Нельзя прикладывать недопустимые внешние воздействия на корпус. К ним относятся заливание жидкостью, удары, вибрации, падения.
  • Не трогать прибор во время работы. Корпус нагревается, из-за чего человек может получить ожог.
  • Не устанавливать реле рядом с легковоспламеняемыми предметами.
  • Перед подключением цепи следует убедиться в корректности собранных соединений.
  • При нагреве корпуса выше 60 градусов требуется установка дополнительного охлаждения с помощью радиаторов.
  • Нельзя допускать появления короткого замыкания на выходе.

При соблюдении требований к эксплуатации реле будет выполнять свою работу надежно и качественно весь заявленный срок.

Преимущества и недостатки

Твердотельные реле имеют ряд положительных качеств перед электромеханическими аналогами. К ним относятся:

  • Долговечность. Полупроводниковый прибор способен выдержать до десятков тысяч циклов включения и выключения.
  • Создается качественное подключение.
  • Грамотный контроль нагрузки.
  • Высокое быстродействие.
  • Отсутствие электромагнитных помех в замкнутой сети.
  • Быстрое срабатывание.
  • Бесшумность работы.
  • Миниатюрные размеры.
  • Отсутствие дребезгов контактов.
  • Высокая производительность.
  • Возможность плавного перехода между сетями постоянного и переменного тока. Зависит от мощности и типа прибора.
  • Широкая область применения.
  • Выдерживает перегрузки в 2000.
  • Защита от резких и больших скачков напряжения и тока.

Есть и ряд минусов, из-за которых электромеханическое реле может быть выгоднее в применении. В первую очередь это высокая стоимость изделия и сложность его покупки. Приобрести твердотельные реле можно только в профессиональном специализированном магазине электронных компонентов. Сложности возникают и при первичной коммутации – могут появиться высокие скачки тока. Возникающие в процессе работы микротоки также негативно сказываются на реле.

На работу устройства накладываются и эксплуатационные требования – в помещении должен быть нормальный уровень пыли и влажности. Оптимальные значения можно найти в документации к реле.

Твердотельные реле не могут работать с приборами, напряжение которых превышает 0,5 кВ. Повышение рекомендуемых значений может привести к расплавлению контактов.

Области применения

Область применения

Несмотря на высокую цену, твердотельные реле активно применяются в различных сферах. Они успешно справляются со следующими задачами:

  • Регулирование температуры с помощью тэна.
  • Поддержка нужной температуры в технологических процессах.
  • Коммутация управляющих цепей.
  • Замена пускателей бесконтактного типа.
  • Управление электрическими двигателями.
  • Контроль нагрева трансформаторов.
  • Регулирование уровня подсветки.

В каждом случае используется определенный тип реле.

Классификация твердотельных реле

Трехфазное реле

Полупроводниковые твердотельные реле можно классифицировать по разным показателям. По особенностям контролирующего и коммутируемого напряжения выделяют:

  • Твердотельные реле постоянного тока. Их используют в цепях постоянного электричества с мощностью от 3 до 32 Ватт. Отличаются высокими удельными характеристиками, наличием светодиодной индикации, надежностью. Рабочий температурный диапазон достаточно широк и составляет от -30 до +70 градусов.
  • Реле переменного тока. Они отличаются низким уровнем электромагнитных помех, отсутствием шумов, малым потреблением электроэнергии. Диапазон рабочих мощностей составляет от 90 до 250 Вт.
  • Реле с ручным управлением. С помощью таких устройств можно самостоятельно регулировать режим работы.

По типу напряжения выделяются однофазные и трехфазные реле. Однофазные приборы используются в сетях с силой тока от 100 до 120 А или от 100 до 500 А. В них управление осуществляется за счет получения аналогового сигнала и переменного резистора. Трехфазные реле используются для коммутации на трех фазах одновременно. Сила тока 10-120 А. Трехфазные модели служат дольше однофазных.

В отдельную группу из трехфазных твердотельных реле выделяют устройства реверсивного типа. Они отличаются маркировкой и бесконтактным соединением. Основной функцией является надежная коммутация каждой цепи по отдельности. Они защищают цепь от ложных срабатываний. Основное применение нашли в асинхронных двигателях. Для работы с реле необходима установка предохранителя или варистора.

По методу коммутации реле классифицируются так:

  • устройства емкостного или редуктивного типа, а также приборы слабой индукции;
  • со случайным или мгновенным срабатыванием;
  • с фазным управлением.

По конструкции можно выделить модели, устанавливающиеся на дин рейку и на специальную планку переходного типа.

Советы по выбору

Предохранитель от повышения нагрузок

Купить твердотельные реле можно только в специализированном магазине электронной техники.  Опытные специалисты помогут подобрать лучшее устройство для определенных целей. На стоимость изделия влияют следующие факторы:

  • тип реле;
  • наличие фиксирующих механизмов;
  • материал корпуса;
  • время включения;
  • фирма-изготовитель и страна производства;
  • мощность;
  • необходимая энергия;
  • габариты.

При покупке важно учесть, что должен быть запас по мощности, превышающий рабочую в несколько раз. Это убережет реле от поломок. Также дополнительно используются специальные предохранители. К самым надежным относятся:

  • G R – используются в широком диапазоне нагрузок, отличаются высоким быстродействием.
  • G S – работают во всем диапазоне токов. Надежно защищают устройство от превышения нагрузки электросети.
  • A R – защищают компоненты полупроводникового устройства от короткого замыкания.

Такие приборы обеспечивают высокую защиту от поломок. Их стоимость сопоставима с ценой самого реле. Меньшими защитными свойствами и, соответственно, меньшей стоимостью обладают предохранители классов B, C, D.

Для надежной и стабильной работы реле нужно подобрать охлаждающий радиатор. Особенно это актуально при превышении температуры выше 60 градусов. Запас тока для обычного реле должен превышать рабочие токи в 3-4 раза. При работе с асинхронными двигателями этот показатель должен увеличиться до 8-9 раз.

Схемы подключения

Существуют различные способы подключения твердотельных полупроводников. Они зависят от особенностей подключаемой нагрузки. Дополнительно в схему могут включаться различные элементы управления.

К наиболее используемым схемам относятся:

  • Нормально-открытая. Нагрузка находится под напряжением при наличии управляющего сигнала.
  • Нормально-закрытая. Нагрузка находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала.
  • Управляющее и нагрузочное напряжение равны. Используется для работы в сетях постоянного и переменного тока.
  • Трехфазное. Может подсоединяться по-разному – «звезда», «треугольник», звезда с нейтралью».
  • Реверсивное. Разновидность трехфазного реле. Включает в себя 2 контура управления.

Прежде чем собирать схему, ее нужно нарисовать на бумаге.

Подключение к сети производится через пускатели или контакты. При использовании трехфазного реле все 3 фазы должны быть подключены к соответствующим клеммам, расположенным сверху прибора. Маркируются верхние фазные контакты буквами A, B C, ноль – N.

На устройстве есть и нижние клеммы, маркирующиеся цифрами 1, 2, 3. Подключаются они по следующему алгоритму:

  • 1 – к выходу катушки в контакторе.
  • 3 – на любую фазу, которая проходит в обход реле.
  • 2 – к нулю сети.

Силовые элементы подключаются следующим образом: фазы под напряжением нужно подсоединить к соответствующим клеммам на контакторе; нагрузочные проводники – на выход контактора; нули объединяются на общей шине в распределительной коробке.

Настройка реле будет рассмотрена на примере VP 380 А:

  • Устройство включить в сеть.
  • Посмотреть на дисплей. При отсутствии напряжения будут мигать цифры. Появление черточек сигнализирует об изменении чередования фаз или отсутствии одной из них.

В нормальном состоянии электросети примерно через 15 секунд должны замкнуться контакты 1 и 3, подающие питание на катушку и в сеть.

Если подключение выполнено неверно, экран будет мигать. Тогда нужно проверить его правильность. Выставить необходимые настройки можно с помощью кнопок на корпусе. Кнопки с треугольниками отвечают за выставление нужных пределов.

Как работают твердотельные реле?

Электрические реле в той или иной форме используются уже более 100 лет. Только в 1971 году, когда Crydom изобрела твердотельное реле, у нас был следующий большой шаг в области релейной технологии.

Независимо от того, переключаете ли вы что-либо с включения на выключение, управляете сигнальными лампами или управляете индуктивными или резистивными нагрузками; SSR могут использоваться в различных приложениях, сохраняя при этом относительно простой дизайн.Мы подумали, что пора пролить свет на скромное твердотельное реле.

Во-первых, давайте начнем с некоторого распространенного языка, который мы обычно используем при обсуждении SSR.

Твердотельное реле

Это может быть само собой разумеющимся, но почему бы не начать с абсолютных основ? Основное различие между электромеханическим реле и твердотельным реле заключается в том, что в SSR нет реальных движущихся компонентов (как следует из названия!) Вместо того, чтобы полагаться на физический контакт, движущийся для замыкания цепи, SSR полагаются на либо инфракрасные светоизлучающие диоды или светодиодные соединители для работы.

Типы: Трансформатор, оптоизолятор, конденсатор, эффект Холла, магнитосопротивление

Гальваническая развязка

Это практика разделения электрических компонентов. Вместо использования физического соединения для активации реле гальваническая развязка означает, что соединение должно быть выполнено с использованием светодиодов или инфракрасного света. Гарантируя отсутствие неисправностей, гальваническая развязка также обеспечивает проводную связь с несколькими устройствами, которым требуется отдельная регулировка мощности.

Оптопара (также известная как оптоизолятор, оптический изолятор или оптопара)

Применительно к SSR оптопары — это компоненты источника света (обычно светодиодные или инфракрасные), которые позволяют производить переключение.

Передатчик (Tx) и приемник (Rx) расположены внутри SSR, где они получают питание от управления сигналом. После подачи питания оптопара переключает цепь (на размыкание или замыкание), что позволяет сигналу полного напряжения проходить через выход SSR.

Вообще говоря, оптопара состоит из двух отдельных компонентов, один для передачи сигнала, а другой для приема; но чаще всего упоминается как единое целое.

Управление сигналом (также известное как управление или напряжение цепи)

Относительно низкое напряжение, специально используемое для переключения оптопары с выключенного состояния на включенное или наоборот.Обычно в зависимости от производителя это может быть от 3 или 4 вольт постоянного тока до 24 вольт постоянного тока.

Номинальное напряжение

Стандартное напряжение, при котором ТТР рассчитан на работу.

Рабочее напряжение Полный потенциальный диапазон напряжения, при котором SSR может функционировать, в котором напряжение входного сигнала может колебаться.

Транзистор (биполярный или МОП):

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) представляет собой полупроводниковое устройство, состоящее из двух металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторов (MOSFET), одного N-типа и одного P-типа, интегрированных на одном кремниевом кристалле.MOSFET обычно используется для переключения нагрузок постоянного тока.

SCR Кремниевый выпрямитель (SCR):

Четырехслойное твердотельное устройство, контролирующее ток. SCR действует как переключатель, проводящий, когда его затвор получает ток, и он продолжает проводить до тех пор, пока он смещен в прямом направлении. SCR идеально подходит для переключения всех типов нагрузок переменного тока.

TRIAC :

Симистор — это электронный компонент, приблизительно эквивалентный двум выпрямителям с кремниевым управлением, соединенным в обратную параллель (параллельно, но с обратной полярностью), и их затворы соединены вместе. Это приводит к двунаправленному электронному переключателю, который может проводить ток в любом направлении. Симистор идеально подходит для переключения резистивных нагрузок переменного тока.

Классно! Теперь, когда мы рассмотрели некоторые из наиболее распространенных жаргонов, встречающихся при обсуждении SSR, мы можем начать разбивать различные типы SSR на основе их частот переключения.

Нулевое переключение:

  • Для резистивных и емкостных нагрузок
  • При подаче управляющего напряжения выход SSR активируется при первом пересечении нуля линейного напряжения. Время отклика менее 8,33 мс. Также предлагается с дополнительной функцией мониторинга системы и функцией измерения тока.
  • Из-за возможности высокого импульсного тока и напряжения блокировки, SSR этого типа переключения также будут успешно работать с большинством индуктивных и емкостных нагрузок.Это наиболее часто используемые твердотельные реакторы в машинах для формования пластмасс, упаковочных машинах, паяльном оборудовании и оборудовании для пищевой промышленности.

Мгновенное включение:

  • Для индуктивных нагрузок.
  • Выход SSR активируется сразу после подачи управляющего напряжения. Следовательно, это реле может включаться в любом месте на кривой синусоидального напряжения переменного тока.Время отклика обычно может составлять всего 1 мс.
  • SSR особенно подходит для приложений, где требуется быстрое время отклика, таких как соленоиды или катушки.

Пиковое переключение:

  • Для тяжелых индуктивных нагрузок.
  • Пиковое переключение SSR спроектировано таким образом, что выходная мощность активируется при первом пике линейного напряжения при приложении управляющего напряжения.После первого полупериода SSR с переключением пика работает как обычный SSR с переключением нуля.
  • В дальнейшем пик пускового тока может быть уменьшен в течение первого полупериода для индуктивных нагрузок. Идеально подходит для индуктивных нагрузок с остаточным железным сердечником (например, трансформаторов).

Коммутация постоянного тока:

  • Для резистивных и индуктивных нагрузок.
  • Силовой полупроводник в реле постоянного тока работает в соответствии с управляющим входом. Время отклика менее 100 мс. Коммутационные реле постоянного тока используются с резистивными и индуктивными нагрузками для управления двигателями постоянного тока и клапанами.
  • При переключении индуктивных нагрузок необходимо в качестве защиты соединить избыточное напряжение на свободном диоде параллельно нагрузке.

Аналоговая коммутация:

  • Для резистивных нагрузок.
  • Поскольку управляющий вход аналогового реле 4–20 мА или 0–10 В постоянного тока может изменяться, выход работает в соответствии с принципом управления фазой. Реле оснащено встроенной схемой синхронизации для контроля фазового угла. Выход пропорционален входному сигналу. Передаточная функция линеаризована и воспроизводима.
  • Эти твердотельные реле очень полезны в приложениях с замкнутым контуром или там, где плавный пуск может ограничить высокие пусковые токи.Идеально подходит для использования в переключении кварцевых нагревателей или в приложениях, требующих точного контроля температуры.

Аналоговое переключение полного цикла:

  • Для резистивных нагрузок.
  • С этим конкретным принципом переключения SSR обеспечивает несколько полных циклов, равномерно распределенных в течение фиксированного периода времени, в зависимости от управляющего входа (4-20 мА или 0-10 В постоянного тока) — с низким значением входа, соответствующим нулю и высокое значение входа на полный выход с периодом 1.28 секунд.
  • Типичные области применения включают: аналоговое управление нагревательными элементами с помощью монтируемых или автоматических контроллеров с управляющим сигналом 4-20 мА или 0-10 В постоянного тока. Управление зонами нагрева, аналоговое управление хрупкими нагревательными элементами, которые используются для резки, сварки и т. Д., Срок службы которых может быть увеличен за счет снижения тепловой нагрузки.

Нулевое переключение с системным мониторингом:

  • Для резистивных и индуктивных нагрузок.
  • Системный мониторинг (определение) SSR обеспечивает выход сигнала тревоги в случае отказа цепи.Мониторы внутренней схемы:
    • Напряжение сети
    • Ток нагрузки
    • Правильное функционирование ССР

Состояние входа SSR:

  • Реле предназначено для приложений, где требуется немедленное обнаружение неисправности. Для определения состояния неисправности доступен выходной сигнал тревоги.

Переключение нуля с измерением тока:

  • Для резистивных и индуктивных нагрузок.
  • Solitron MIDI Current Sensing SSR — это тип переключения нуля, который также обеспечивает выход сигнала тревоги при обнаружении изменений нагрузки.
  • Типичные условия, которые могут быть обнаружены, включают: обрыв нагревателя, обрыв цепи, частичное короткое замыкание нагревателя, перегоревший предохранитель, короткое замыкание полупроводника и неисправное подключение к источнику питания. Встроенный датчик тока устраняет необходимость в дополнительном внешнем оборудовании.
  • Уставка «TEACH-IN» достигается нажатием кнопки или дистанционно, если предпочтительнее HMI.
  • Как показано выше, аварийный выход PNP выдает серию импульсов, которые идентифицируют конкретный тип обнаруженной неисправности. Взаимодействие с ПЛК может обеспечить четкую индикацию неисправности. Также доступен тревожный выход NPN.

Готовы обновить реле? При рассмотрении того, какой тип реле лучше всего подойдет для вашего приложения, следует учитывать несколько важных факторов.

Из трех вариантов Marshall Wolf Automation, Mercury, Solid State и Ice Cube, SSR предлагают тихое и долговечное решение.Однако это связано с дополнительным фактором производства тепла, который можно решить, добавив радиатор или термопрокладку.

У нас есть группа агентов технической поддержки, готовая помочь вам найти подходящий ретранслятор для вашего приложения. Просто позвоните нам по телефону (847) 658-8130 и попросите техническую поддержку или напишите нам по электронной почте: [email protected].

Визуальный мыслитель в цифровом спектре, или в терминах непрофессионала… .Я создаю весь визуальный контент для Marshall Wolf Automation 🙂 Имея опыт работы в области видеорекламы и производства фильмов, я работаю с отделом маркетинга MWA, чтобы наши клиенты читали наши блоги и просматривали наши продукты.

Общие сведения о твердотельных реле, SSR »Электроника

Полупроводниковое реле — это электронный переключатель, который включается или выключается в соответствии с внешним сигналом — это похоже на электронную форму электромеханического реле

Технология реле включает:
Основы реле Герконовое реле Характеристики герконового реле Цепи реле Твердотельное реле

Твердотельные реле можно сравнить с электронными версиями электромеханических реле.Твердотельный переключатель имеет выход, который включается или выключается в соответствии с сигналом, подаваемым на вход.

Еще одним признаком твердотельных реле является то, что они обеспечивают гальваническую развязку между входными и выходными цепями, как и более традиционные электромеханические реле.

Твердотельные реле

имеют ряд преимуществ по сравнению с реле, обеспечивая более быстрое переключение, большую надежность и более длительный срок службы и т. Д., Но у них также есть некоторые недостатки по сравнению с более традиционными электронными компонентами.

Ввиду их преимуществ твердотельные реле все чаще используются, поскольку они обеспечивают гораздо более экономичное решение для многих конструкций электронных схем, особенно когда рассматривается обслуживание оборудования.

Основы твердотельного реле

В основе электронных схем твердотельных реле

может лежать множество различных устройств: тиристоры тиристоров, симисторы, биполярные переходные транзисторы, биполярные транзисторы и полевые МОП-транзисторы обеспечивают идеальные электронные переключатели в твердотельном реле.

Для передачи сигнала переключения между входом и переключающим элементом обычно используется оптический канал. Это дает практически полную гальваническую развязку между входными и выходными цепями.

Часто коммутационное устройство; триристор, симистор, биполярный транзистор или MOSFET — это оптическая версия устройства, которое включается при наличии света.

По сути, твердотельное реле — это переключатель, в котором входное или управляющее напряжение загорается светодиодом.Он действует как передатчик оптрона, который затем управляет переключающим устройством: тиристором, симистором, биполярным транзистором MOSFET.

Основная концепция твердотельного реле SSR

Твердотельное реле состоит из передатчика Tx и приемника Rx. Они физически расположены внутри твердотельного реле. Входящий управляющий сигнал возбуждает светодиод внутри оптопары, и это освещает устройство переключения выхода, которое является светочувствительным, и это приводит к его переключению из нормального обесточенного состояния.Обычно он включает выходное устройство, позволяя току проходить через выход SSR.

Передатчик и приемник обычно расположены в одном и том же электронном компоненте, что упрощает конструкцию твердотельных реле.

Из схемы видно, что между входными и выходными электронными цепями отсутствует электрическое соединение. Это разделение, часто называемое гальванической развязкой, является ключом к изоляции входных и выходных цепей друг от друга.Гальваническая развязка между светодиодом и фотоустройством обычно находится в диапазоне нескольких тысяч вольт из-за разделения между оптическим передатчиком и приемником или детекторного устройства, а также оптически прозрачного изоляционного барьера, который помещен между ними.

При рассмотрении технических характеристик SSR следует отметить, что изоляция указывается в терминах пробоя напряжения, то есть напряжения, которое вызывает пробой между входом и выходом. Это не то же самое, что сопротивление входа и выхода.В зависимости от устройства оно может составлять от 1000 до 1 миллиона МОм — поскольку оно настолько велико, что его часто считают «бесконечным» сопротивлением.

Хотя на базовой принципиальной схеме твердотельного реле показан только светодиод, который освещает светочувствительный полупроводниковый переключатель, такой как тиристор или тиристор, симистор, транзистор или полевой МОП-транзистор, внутри твердотельного реле есть и другие компоненты.

Есть две основные области твердотельного реле:

  • Вход SSR: Существует ряд аспектов входной цепи, которые необходимо учитывать, поскольку входной светодиодный индикатор должен работать в требуемых условиях входа:
    • Уровень входного возбуждения: Входная цепь должна быть убедитесь, что оптический передатчик, т.е.е. Светодиод может работать с указанным уровнем привода. Обычно это требует включения токоограничивающего резистора и любых других электронных компонентов, чтобы светодиод загорался в достаточной степени при поступающем сигнале. Доступны твердотельные реле, которые работают с входными напряжениями от нескольких вольт и выше.
    • Вход постоянного или переменного тока: Если SSR предназначен для работы с входом постоянного тока, он может работать с минимумом дополнительных электронных компонентов — возможно, только с ограничивающим ток резистором.Если предполагается работа от переменного тока, то для выпрямления входного сигнала используются выпрямитель и обычно мостовой выпрямитель, так что светодиод запускается только сигналом правильной полярности. Светодиодный индикатор будет пульсировать с переменной формой волны — в два раза чаще, если используется мостовой выпрямитель. Этот мостовой выпрямитель может быть включен как часть твердотельного реле или, возможно, добавлен извне.
  • Выход SSR: Сторона выхода твердотельного реле также требует понимания, поскольку может быть ряд дополнительных электронных компонентов помимо основного светочувствительного переключающего устройства.

    Для вывода твердотельных реле можно использовать множество различных устройств: транзисторы, тиристоры / тиристоры, полевые МОП-транзисторы и симисторы. Тип устройства определяет многие характеристики SSR.

    Если выход представляет собой одиночный транзистор, полевой транзистор или тиристор / тиристор, то это означает, что этот SSR может проводить только в одном направлении и может использоваться только для управления нагрузками постоянного тока. Для работы переменного тока обычно требуется симистор или два тиристора / тиристора на выходе — иногда также используются парные полевые МОП-транзисторы.

    Указанные максимальные выходные диапазоны для твердотельных реле могут находиться в диапазоне от нескольких вольт до сотен вольт переменного или постоянного тока, а допустимые уровни тока могут достигать десятков или даже сотен ампер в соответствии со спецификацией конкретного устройства. устройство.

Твердотельные реле синхронного и случайного включения

При переключении больших токов и использовании полупроводниковых устройств, которые могут очень быстро выключаться и включаться, возникают острые края на формах сигналов.В свою очередь, это может привести к высокому уровню электромагнитных помех, EMI. Поскольку все устройства в наши дни должны быть спроектированы так, чтобы минимизировать эти помехи, необходимо использовать способы, которые минимизируют генерацию этих электромагнитных помех, чтобы электромагнитная совместимость и характеристики электромагнитной совместимости устройства находились в требуемых пределах.

Один из методов, который можно использовать с нагрузками переменного тока и резистивными нагрузками, известен как синхронное переключение или переключение при переходе через нуль. Как видно из названия, твердотельное реле включается или выключается только в точке пересечения нуля формы сигнала переменного тока, независимо от синхронизации входного управляющего сигнала.

Хотя ТТР с переходом через ноль идеально подходят для резистивных нагрузок, они не работают должным образом с индуктивными нагрузками, поскольку ток и напряжение не совпадают по фазе. Часто они не выключаются должным образом.

Для индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и двигатели, обычно используются твердотельные реле с произвольной коммутацией. Эти устройства включаются или выключаются в момент, требуемый входным управляющим сигналом, и они не принимают во внимание положение на осциллограмме.

Преимущества и недостатки твердотельных реле

Как и у любой техники, у их использования есть свои преимущества и недостатки.Это верно для твердотельных реле — хотя они предлагают много преимуществ по сравнению с другими альтернативами, такими как электромеханические реле, у них есть некоторые недостатки. Фактический выбор технологии необходимо учитывать, рассматривая все варианты, чтобы сделать правильный выбор.

Преимущества твердотельных реле

  • Обеспечивает физическую изоляцию между цепями.
  • Более быстрое переключение, чем у электромеханических реле. Время переключения обычно составляет около 1 мс
  • Срок службы выше, чем у электромеханических реле
  • Они не страдают от дребезга контактов, возникающего при использовании электромеханических реле.

Недостатки твердотельных реле

  • Сопротивление в выходной цепи обычно выше, чем у электромеханического реле
  • Не такое устойчивое к переходным импульсам и другим условиям перегрузки, как механическое реле — если оно не защищено, переходный процесс, превышающий пределы выходного устройства, может вывести твердотельное реле из строя.

Сравнение твердотельных реле с электромеханическими реле

Во многих конструкциях электронных схем есть выбор между более традиционными электромеханическими реле и твердотельными реле.Во многих отношениях эти две технологии сильно различаются, но в большом количестве схемных решений есть возможность использовать одну или другую.

Чтобы сделать лучший выбор для любой конкретной конструкции электронной схемы, лучше всего рассмотреть оба варианта, сравнивая преимущества и недостатки обоих вариантов.

Параметр Реле электромагнитное Твердотельное реле
Чувствительность к неправильному использованию Хорошо Плохо
Чувствительность к коррозии, окислению и т. Д. Плохо Хорошо
Чувствительность к ударам и вибрации Плохо Хорошо
Стоимость полюса Лучше Не очень хорошо
Совместимость с логическими / цифровыми схемами Плохо (требуется интерфейс) Хорошее (встраивается)
Время срабатывания и отпускания 5 — 20 мс 0.25 — 10 мс
Простота поиска неисправностей Хорошо Плохо
Изоляция входа и выхода Часто до 5кВ <5 кВ
Нормальный режим отказа Обрыв цепи (и большой износ контактов / высокое сопротивление) Короткое замыкание

Как выбрать твердотельное реле

При выборе твердотельного реле сначала необходимо определить, что ему нужно переключать и как этого добиться.Есть несколько полезных шагов и вопросов, которые нужно задать:

  • AC или DC: Существуют различные типы твердотельных реле, используемых для переключения переменного или постоянного тока. Определение того, следует ли переключать питание постоянного или переменного тока, является одним из наиболее важных вариантов. Поскольку твердотельные переключатели переменного тока обычно используют симисторы и тиристоры, они не работают на постоянном токе и не отключают нагрузку, если постоянный ток не упадет до нуля по какой-либо другой причине. Твердотельные переключатели постоянного тока обычно используют полевые МОП-транзисторы, поскольку они имеют очень низкое сопротивление в открытом состоянии.

    Также помните, что вход и выход могут быть разными — SSR может быть разработан для управления выходом переменного тока, но требует входа управляющего напряжения постоянного тока и т. Д. В некоторых случаях мостовой выпрямитель и, возможно, другие электронные компоненты могут потребоваться на вход для создания необходимого управляющего сигнала, если они не содержатся в пакете SSR — проверьте спецификацию, чтобы узнать, что может потребоваться.

  • Диапазон напряжения: Необходимо определить необходимое напряжение для ТТР.Если необходимо переключить постоянный ток, выберите твердотельное реле с номинальным напряжением не менее чем на 25% выше ожидаемого максимального напряжения. В идеале больший запас повысил бы надежность.

    Для SSR переменного тока необходимо проверить напряжение переменного тока, необходимое для приложения — снова добавьте запас. Несмотря на то, что переходные процессы присутствуют во многих линиях переменного тока, твердотельные реле переменного тока должны уметь их учитывать, поскольку они, вероятно, имеют встроенную защиту (см. Ниже), но всегда лучше проверить спецификацию.

  • Ток нагрузки: Помимо напряжения, необходимо также знать ток, который будет проходить через устройство. Если через устройство будет протекать слишком большой ток, оно перегреется и может выйти из строя.

    Следует помнить о пусковом токе, который наблюдается во многих цепях. При первом включении некоторые элементы могут потреблять ток, уровень которого намного превышает средний потребляемый ток. Поэтому необходимо учитывать это при выборе твердотельного реле.Обычно к среднему току применяется множитель, зависящий от переключаемой нагрузки.

    Коммутируемая нагрузка Множитель
    Люминесцентные лампы (переменного тока) 10
    Лампы накаливания 6
    Двигатели 6
    Резистивные нагреватели 1
    Трансформаторы 20
    Средний потребляемый ток следует умножить на множитель и твердотельное реле, выбранное с этим значением для тока.
  • Регулировка яркости: Если требуется регулировка яркости, тогда некоторые формы твердотельных реле могут обеспечивать функцию регулировки яркости, при которой выход регулируется уровнем на входе.

  • Тип нагрузки (AC): Для нагрузок переменного тока необходимо знать, является ли нагрузка индуктивной или резистивной. Для резистивных нагрузок можно использовать переключатели перехода через нуль. Как видно из названия, переключатели перехода через нуль переключаются в точке, где форма волны проходит через точку нулевого напряжения.Это обеспечивает более эффективное переключение и снижает уровни создаваемых помех, электромагнитных помех, а также уровень генерируемой обратной ЭДС.

    Если нагрузка является индуктивной, как в случае трансформаторов, двигателей и люминесцентных ламп, необходим переключатель, называемый твердотельным реле случайного включения. Он включается в любой точке формы сигнала, так как напряжение и ток имеют разность фаз, и это приводит к неисправности переключателей перехода через ноль.

    Твердотельные реле с переходом через ноль могут использоваться с резистивными нагрузками, такими как нагреватели, лампы накаливания и т. Д. — даже несмотря на то, что они будут иметь небольшой индуктивный элемент, они по-прежнему подходят для выключателей с переходом через ноль.Отключение при переходе через ноль может обеспечиваться симисторами или тиристорами, поскольку они перестают проводить ток в конце цикла и их необходимо повторно запустить для включения.

  • Защита от перенапряжения: Если полупроводниковый переключатель будет использоваться с переменным током, убедитесь, что он имеет встроенную защиту от перенапряжения — хотя большинство электронных компонентов, предназначенных для использования там, где могут присутствовать перенапряжения, имеют встроенную защиту, она встроена. Всегда лучше проверять лист технических характеристик. Защита от перенапряжения или переходных процессов обычно обеспечивается с помощью металлооксидных варисторов, MOV.Эти металлооксидные варисторы поглощают переходные процессы и предотвращают их повреждение SSR.

Эти моменты представляют собой большинство основных моментов, которые следует учитывать при выборе твердотельного реле. Всегда полезно прочитать всю спецификацию SSR, чтобы убедиться, что нет точек, которые могут отрицательно повлиять на работу всей схемы во время работы.

Твердотельные реле

— идеальные устройства для многих коммутационных приложений — они быстрее и, как правило, более надежны, чем электромеханические реле, хотя они менее устойчивы к переходным импульсам и другим условиям перегрузки.

Ввиду их превосходной работы во многих сценариях твердотельные реле используются во многих цепях, причем номинальные значения тока и напряжения доступны для многих коммутационных приложений.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Использование твердотельного реле

Узнайте, как легко подключить твердотельное реле

Твердотельное реле (SSR) — альтернатива использованию классического переключателя, когда вы хотите включить или выключить цепь. SSR запускается внешним напряжением, приложенным к его клемме управления. У него нет движущихся частей, поэтому он может работать намного быстрее и дольше, чем традиционный переключатель. Если он использует инфракрасный свет в качестве контакта; две стороны реле фотосвязаны.

Зачем использовать реле вместо переключателя?

Основные факторы — удобство, безопасность и стоимость. Реле меньше и дешевле переключателей. С переключателем вам также придется прокладывать более толстые провода (достаточно, чтобы выдерживать ток 30-40 ампер), потому что он требует большего напряжения, чем реле. Думайте о реле как о пульте дистанционного управления, оно обеспечивает безопасность, увеличивая расстояние до источника питания.

Провода SSR меньше и большего сечения, чем у переключателя. SSR также быстрее, меньше по размеру и имеют более длительный срок службы, чем механическое реле.Они помогают повысить безопасность, поскольку вы имеете дело с меньшим напряжением и силой тока, давая вам меньшее напряжение / силу тока, контролируя более высокое напряжение / силу тока. Для гораздо более высоких напряжений SSR — отличная альтернатива, когда обычный переключатель не может использоваться из-за перегорания под действием тока.

На схеме ниже показано, как подключить твердотельное реле. Обратите внимание, что схема относится к твердотельному реле (SSR) типа DC / DC.

Твердотельное реле (DC / DC):

Подсоедините положительную клемму (R) к кнопочному переключателю.
Подсоедините отрицательную клемму (R) к отрицательной клемме аккумулятора 1.
Подсоедините положительную клемму (L) к положительной клемме аккумулятора 2.
Подсоедините отрицательную клемму (L) к положительной клемме на нагрузке.

Батарея 1:
Обратите внимание, что первая батарея использовалась в качестве изолятора.
Подключите отрицательную клемму аккумулятора 1 к отрицательной клемме SSR (R).
Подсоедините положительный полюс аккумуляторной батареи 1 к кнопочному переключателю.

Кнопочный переключатель:
Подключите одну клемму к положительной клемме (R) твердотельного реле.
Подключите вторую клемму к плюсовой клемме аккумулятора 1.

Нагрузка:
Подключите положительную клемму нагрузки к отрицательной клемме (L) SSR.
Подключите отрицательную клемму нагрузки к отрицательной клемме аккумулятора 2.

Аккумулятор 2:
Подключите положительный полюс аккумулятора 2 к положительному выводу на выходе.

Подключите отрицательную клемму аккумулятора 2 к отрицательной клемме нагрузки.

Если у вас есть вопросы, обращайтесь в техническую группу Jameco по адресу [электронная почта защищена].

Дополнительная информация о твердотельных реле

максимальных номинальных и электрических характеристик
, которые включают рассмотрение снижения номинальных характеристик для обеспечения высокой надежности
Каждый элемент является независимым условием, поэтому он не может одновременно
удовлетворять нескольким условиям.6 F
Термин Символ Описание
Абсолютный
максимум
рейтинги 		Абсолютные6 903 903 — максимум 903 максимальные значения, которые никогда не должны быть превышены, даже
мгновенно
Если не указано иное, эти значения приведены при Ta = 25 ° C.
In-
put 		Прямой ток светодиода I F Номинальный ток, который может непрерывно течь в светодиоде
в прямом направлении
Повторяющийся пиковый ток Светодиод
I FP Номинальный ток, который может мгновенно течь в светодиодах
в прямом направлении
Прямой ток светодиода
Скорость уменьшения 		ΔI F / ° C Скорость уменьшения тока которые могут течь в прямом направлении светодиода
относительно температуры окружающей среды
Обратное напряжение светодиода В R Номинальное обратное напряжение, которое может быть приложено между катодом
и анодом
Температура перехода
Tj Номинальная температура разрешено на переходе светодиода
Out-
put 		Напряжение нагрузки V OFF Номинальное напряжение, которое может быть приложено между клеммами выхода реле
при переключении нагрузки или в выключенном состоянии состояние
Пиковое напряжение для переменного тока
Непрерывная нагрузка
ток 		Io Номинальный ток, который может протекать между клеммами релейного выхода
во включенном состоянии при заданной температуре
условия
Пиковый ток для переменного тока
Ток включения
Скорость уменьшения 		ΔIo / ° C Скорость уменьшения тока, который может протекать между выходными клеммами реле
в состоянии ВКЛ, по отношению к температуре окружающей среды
Импульсный ток включения I OP Номинальный ток, который может протекать мгновенно. ween выходные клеммы реле
в состоянии ВКЛ.
Температура перехода
Tj Номинальная температура, которая допустима на светоприемном переходе цепи
Диэлектрическая прочность
между входом и выходом 		В IO Напряжение, которое может выдержать изоляция между входом и выходом
Рабочая температура окружающей среды
Ta Диапазон температур окружающей среды, в котором реле может работать без
. нарушение работоспособности реле
Температура хранения Tstg Диапазон температур окружающей среды, в котором реле может храниться
в нерабочем состоянии
Температура пайки — Номинальная температура, при которой клеммы могут быть e припаял
без нарушения функциональности реле
Электрические
характеристики-
характеристики 		In-
положить 		LED прямое напряжение V F Падение напряжения между Анод и катод светодиода при
определенном прямом токе
Обратный ток I R Ток утечки, протекающий в обратном направлении светодиода
(между катодом и анодом)

69 Емкость между клеммы

C T Электростатическая емкость между анодом светодиода и клеммами катода
Светодиод запуска вперед
ток 		— Минимальный входной ток, необходимый для переключения реле
состояние выхода
Чтобы гарантировать работу реле, ток, равный e qual to или на
больше, чем максимальное указанное значение.
I FT Минимальное значение входного тока IF, необходимое для перевода
нормально разомкнутого выходного полевого МОП-транзистора в состояние ВКЛ.
I FC Минимальное значение входной ток IF, необходимый для перевода
нормально замкнутого выходного MOS FET в состояние ВЫКЛ.
Светодиод отпускания вперед
ток 		— Максимальный входной ток, необходимый для размыкания релейного выхода
государственный.
Для обеспечения срабатывания реле ток должен быть равен
или меньше минимального указанного значения.
I FC Максимальное значение входного тока IF, которое должно течь на
, переводит нормально разомкнутый выходной МОП-транзистор в состояние ВЫКЛ.
I FT Максимальное значение входной ток IF, который должен течь на
, переводит нормально замкнутый выходной MOS FET в состояние ON
Out-
put 		Максимальное сопротивление
с выходом ON 		R ON Сопротивление между выходными клеммами реле в заданном состоянии включения
Утечка тока
, когда реле разомкнуто на
I Утечка Ток утечки, протекающий между клеммами выхода реле
при заданном напряжении в выключенном состоянии
Емкость
между клеммами 		C OFF e лектростатическая емкость между клеммами релейного выхода
в заданном состоянии ВЫКЛ.
Предельный ток I LIM Ток нагрузки, который поддерживается, когда ограничение тока активировано
Емкость между O
клеммы 		C IO Электростатическая емкость между входом и выходом
клеммы
Сопротивление изоляции
между клеммами ввода / вывода 		R IO Сопротивление между входом и входом выходные клеммы при заданном значении напряжения
Время включения t ON Время, необходимое для изменения формы выходного сигнала после подачи указанного входного тока светодиода

NO реле: время требуется для изменения формы выходного сигнала
со 100% до 10% после вход переходит из состояния ВЫКЛ. в состояние ВКЛ.
Реле NC: время, необходимое для изменения формы выходного сигнала
со 100% до 10% после того, как вход переходит из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ. ВЫКЛ. 		Время, необходимое для изменения формы выходного сигнала после прерывания указанного входного тока светодиода
.
НО реле: время, необходимое для изменения формы выходного сигнала
с 0% до 90% после того, как вход переходит с ВКЛ на Состояние ВЫКЛ.
Реле NC: время, необходимое для изменения формы выходного сигнала
с 0% до 90% после того, как вход переходит из состояния ВЫКЛ. В состояние ВКЛ.
Эквивалентное время нарастания ERT Индикатор выхода характеристики перехода для быстрых сигналов
или импульсных сигналов
ERT выражается следующей формулой, где tr в — это
— время нарастания входной формы волны, а tr out — это выходная форма волны
ris е время после релейного перехода.Чем ниже значение, тем меньше изменение сигнала на
, что обеспечивает хорошие характеристики.
ERT = √ (tr out 2 -tr in 2 )
Рекомендовано
исправлено
рабочих условий
Рекомендуемых рабочих
условий —
Напряжение нагрузки В DD Рекомендуемое напряжение нагрузки с учетом снижения характеристик на

Пиковое напряжение для переменного тока
Рабочий светодиод вперед
ток 		I
Рекомендуемый прямой ток светодиода с учетом
снижения номинальных характеристик
Постоянный ток нагрузки Io Рекомендуемый ток нагрузки с учетом снижения номинальных значений
Ta Рекомендуемая рабочая температура окружающей среды, при которой
учитывает снижение номинальных характеристик
Справочные данные
Напряжение в открытом состоянии полевого МОП-транзистора В ВКЛ Падение напряжения между выходными клеммами когда
выходной МОП-транзистор находится в состоянии ВКЛ.
Относительная емкость между выходными клеммами
C ВЫКЛ. /
C ВЫКЛ. когда напряжение между выходными клеммами составляет
0 В
Другие условия
Ограничение тока — Когда ток перегрузки превышает определенное значение, эта функция
поддерживает ток нагрузки между минимальным и максимальные
значений предельной токовой характеристики.
Подавление тока до фиксированного значения защищает реле, а
компоненты схемы, подключенные после реле.
Low C × R — Индикатор выходных характеристик в приложениях, которые
обрабатывают высокочастотные сигналы, быстрые сигналы и т. Д.
C указывает емкость между выходными клеммами в
OFF состояние (C OFF ), а R указывает сопротивление между выходными клеммами
в состоянии ON (R ON ).
Если значение C OFF велико, переход сигнала, даже когда реле выключено,
(задержка сигнала или уменьшение изоляции) и задержка сигнала
, время нарастания сигнала для перехода сигнала, когда реле включено (округление формы сигнала
). Если R ON велик, это влияет на переходные потери сигнала
(падение напряжения и уменьшение вносимых потерь). В этих приложениях
важны малый C OFF и R ON , то есть низкая характеристика C x R
.

Введение в твердотельные реле

ВВЕДЕНИЕ:

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

Вы можете быстро перейти к интересующим вас главам с помощью Directory ниже и Quick Navigator в правой части браузера.

СОДЕРЖАНИЕ


§1. Что такое твердотельное реле (SSR)

Твердотельное реле

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

§2. Какова структура твердотельных реле

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

Входная цепь:

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

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

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

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

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

Цепь управления:

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

1. Изолированная цепь связи:

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

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

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

2. Функциональная схема:

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

3. Схема запуска:

Цепь триггера используется для подачи триггерного сигнала на выходную цепь.

Выходная цепь:

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

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

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

§3. Символ твердотельного реле

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

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

§4. Какие бывают типы твердотельных реле

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

1. Тип источника питания нагрузки:

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

1.1 DC-SSR:

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

1.2 AC-SSR:

SSR типа переменного тока можно классифицировать в соответствии со следующими стандартами.

1.2.1 Режим запуска управления:

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

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

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

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

1.2.2 Фаза:

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

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

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

1.2.3 Компонент переключателя:

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

2. Форма ввода / вывода:

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

3. Тип переключателя:

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

4. Изоляция / соединение:

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

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

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

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

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

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

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

5. Структура схемы:

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

6. Производительность:

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

7. Монтаж:

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

8. Приложение:

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

§5. Каковы основные параметры твердотельных реле

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

Входные параметры:

Диапазон входного напряжения / Входной ток:

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

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

Напряжение включения / Напряжение выключения:

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

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

Напряжение перехода через ноль:

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

Выходные параметры:

Номинальное выходное напряжение / номинальный рабочий ток:

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

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

Падение выходного напряжения / выходной ток утечки:

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

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

Пусковой ток:

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

Другие параметры:

Потребляемая мощность:

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

Время включения / время выключения:

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

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

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

Сопротивление изоляции / диэлектрическая прочность:

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

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

Рабочая температура / максимальная температура перехода:

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

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

§6. Каков принцип работы твердотельных реле

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

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

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

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

Принцип работы твердотельных реле переменного тока с переходом через ноль

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

1.Функция каждой части:

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

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

2. Функция каждого компонента:

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

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

3. Процесс работы:

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

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

4. Определение перехода через нуль:

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

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

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

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

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

§7. Каково применение твердотельных реле

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

Система управления освещением:

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

Система дистанционного управления:

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

Машины с числовым программным управлением:

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

Оборудование для нагрева / охлаждения:

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

Медицинское оборудование:

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

Электромобили:

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

Химическая и горнодобывающая промышленность:

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

Компьютерная система управления:

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

Другие приложения:

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

Кухня / бытовая техника — Кухонная техника, бытовая техника …

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

Система автоматического управления — программируемый контроллер, шкаф электрического управления …

Офисное оборудование — принтер, измельчитель …

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

Сварочные / режущие машины — точечная сварка, электросварочная машина, плазменная резка …

Система управления освещением — сценическое освещение, интеллектуальное освещение, освещение дорожного движения …

Медицинское устройство — ультразвуковой генератор , Автоклав …

§8. Как выбрать твердотельные реле

Ниже приведены варианты, которые следует учитывать при выборе подходящих твердотельных реле на основе фактических требований:

1) Напряжение нагрузки — переменный или постоянный ток

2) Ток нагрузки — максимальный ток и минимальный Ток

3) Тип нагрузки — резистивная, индуктивная или емкостная

4) Входной управляющий сигнал — переменный или постоянный ток

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

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

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

Напряжение нагрузки:

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

Цепь RC:
Цепь

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

Ток нагрузки:

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

Пусковой ток:

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

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

2) Некоторые типы ламп имеют низкий импеданс при перегораниях.

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

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

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

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

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

Тип нагрузки:

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

Резистивная нагрузка:

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

Индуктивная нагрузка:

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

Емкостная нагрузка:

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

Как выбрать твердотельное реле в соответствии с типом нагрузки

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

2) Для резистивных нагрузок переменного тока и большинства индуктивных нагрузок переменного тока доступны реле перехода через нуль, чтобы продлить срок службы нагрузки и реле, а также уменьшить собственные радиопомехи.

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

* Коэффициент мощности:

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

Входной управляющий сигнал:

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

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

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

Метод установки:

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

Температура окружающей среды:

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

* Коэффициент снижения номинальных характеристик:

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

Существует два способа использования коэффициента снижения номинальных характеристик:

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

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

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

§9. Внимание при использовании или установке твердотельных реле

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

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

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

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

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

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

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

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

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

§10. Внимание при тестировании твердотельных реле

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

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

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

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

Твердотельные реле переменного тока с использованием симисторов


Самое простое твердотельное реле.

Самое простое твердотельное реле (SSR), показанное выше, представляет собой источник света и симистор со светочувствительным затвором. Для получения дополнительной информации о том, как работают симисторы и тиристоры, см. Проекты и схемы базовых симисторов и тиристоров. Твердотельное реле (SSR) состоит из четырех основных частей:

  1. Оптоизолятор или оптрон для изоляции низковольтного управления постоянным током, часто от микрокомпьютера, от высокого напряжения переменного тока. Входной оптопара часто представляет собой светоизлучающие диоды, в то время как выход часто представляет собой фототранзистор или фотодатчик для включения симистора.
  2. SSR часто имеет внутреннюю схему детектора перехода через ноль для включения симистора в то время, когда синусоида немного превышает ноль или 180 градусов. Это помогает предотвратить повреждение нагрузки и ненужные скачки напряжения.
  3. Симистор, действующий как переключатель переменного тока. Если SSR предназначен для постоянного тока, на выходе будет силовой транзистор.
  4. Демпферная цепь (цепи) для предотвращения ложного срабатывания симистора из-за всплесков шума, генерируемых магнитными нагрузками.

Более практичный SSR.

См. Также Использование оптопары. Важное замечание: выход не имеет электрического соединения со входом и может обеспечивать изоляцию до нескольких тысяч вольт.Также см. Дополнительные примеры схем.


Оптоизоляторы с диафрагмами

Оптоизолятор — это твердотельное устройство, предназначенное для обеспечения гальванической развязки между входом и выходом. Вход состоит из светоизлучающего диода (LED) в корпусе с шестью или восемью выводами, в зависимости от типа. Выходом может быть фототранзистор, фотодатчик и т. Д. Электрический контакт между входом и выходом отсутствует. Когда светодиод включен, диод, транзистор и т. Д. Будут проводить свет, излучаемый диодом, таким образом, включив симистор как переключатель.Серия MOC3011 предназначена для подключения к симисторам, типы MOC301x на 110 вольт и типы MOC302x на 240 вольт. Просмотреть схему.


(вверху) MOC3042 Другие оптопары имеют встроенный детектор перехода через нуль.

Демпферы

Демпферная цепь (обычно типа RCA) часто используется между Mt1 и Mt2. Демпфирующие цепи используются для предотвращения преждевременного срабатывания, вызванного, например, скачками напряжения в сети переменного тока или индуктивными нагрузками, такими как двигатели.Кроме того, резистор затвора или конденсатор (или оба параллельно) могут быть подключены между затвором и Mt1 для дальнейшего предотвращения ложного срабатывания. Это может увеличить требуемый ток запуска и, возможно, задержку выключения при разрядке конденсатора.

В этой схеме выше «горячая» сторона линии переключается, а нагрузка подключается к холодной или заземленной стороне. Резистор на 39 Ом и конденсатор 0,01 мкФ предназначены для демпфирования симистора, а резистор на 470 Ом и конденсатор 0,05 мкФ — для демпфирования ответвителя.Эти компоненты могут быть необходимы, а могут и не потребоваться, в зависимости от конкретной нагрузки и используемой нагрузки.

Для получения дополнительной информации о вышеупомянутом оптроне см. Оптоизолятор серии moc30xx и MOC3042 с цепями перехода через ноль. (оба файла в формате pdf)

Твердотельные реле

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

Твердотельные реле
Elliott Sound Products Твердотельные реле и способы их изготовления и использования

© 2020, Род Эллиотт (ESP)

Вершина
Указатель статей
Основной указатель
Содержание
Введение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1 — Основы SSR

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

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

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

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

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

Большинство мощных SSR (то есть те, которые предназначены для переключения сети переменного тока) используют TRIAC или SCR в качестве переключающего устройства и оптопару, такую ​​как MOC3052 (или более ранняя MOC3022), для включения основного переключающего устройства. Эти микросхемы существуют очень давно и были основой коммерческих диммеров почти столько времени, сколько я себя помню. Хотя эти устройства невероятно распространены, они не лишены недостатков (ладно, в некоторых случаях это настоящие проблемы).MOC3052 — намного лучший выбор в новом дизайне, поскольку они более устойчивы к самопроизвольной проводимости.

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

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

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

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

2 — EMR Vs. ССР; Преимущества и недостатки

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

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

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

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

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

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

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

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

ЭМИ

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

3 — MOSFET реле

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

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


Рисунок 3.1 — Реле ESP Project 198 MOSFET

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


Рисунок 3.2 — Схема реле ESP Project 198 MOSFET

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


Рисунок 3.3 — Простое реле MOSFET только постоянного тока

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

Реле

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

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


Рисунок 3.4 — Фотоэлектрическое MOSFET реле

Фотоэлектрические оптопары

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

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

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

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

3.1 — ТТР с переключением или нормально закрытым реле

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

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

4 — IGBT реле

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

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

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


Рисунок 4.1 — Реле ESP Project 198 MOSFET с использованием IGBT

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

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

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

5 — Реле TRIAC

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

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

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

Характеристика включения TRIAC (и SCR) является регенеративной — по мере прохождения тока он заставляет устройство включаться быстрее, что приводит к очень быстрым изменениям напряжения и тока. Если напряжение на устройстве высокое, скорость включения (и амплитуда гармоник) таковы, что они могут создавать электрические помехи в диапазоне МГц, и во многих схемах, в которых используются симисторы (например.грамм. диммеры (передние светорегуляторы) требуют ВЧ-фильтрации для уменьшения электрических шумов. Регенерация — это просто еще одно слово для обозначения положительных отзывов.


Рисунок 5.1 — Триггерные квадранты TRIAC

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

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


Рисунок 5.2 — Внутренняя схема и фото реле TRIAC

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


Рисунок 5.3 — Схема TRIAC SSR

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

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

Для этого доступны выделенные сети пульта дистанционного управления

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

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

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


Рисунок 5.4 — Форма волны проводимости TRIAC SSR

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

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

TRIAC

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

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


Рисунок 5.5 — Пример сетевого переключателя TRIAC

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

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

6 — Реле SCR

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

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


Рисунок 6.1 — Схема SCR SSR

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

SCR

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


Рисунок 6.2 — Сделай сам «SCR» на двух транзисторах

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

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

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

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

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

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

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

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


Рисунок 7.1 — Запуск импульсного трансформатора для TRIAC SSR

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

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

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

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

8 — Резюме SSR

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

ТТР

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Преимущества

SSR …

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

SSR Недостатки…

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

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

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

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

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

Меры предосторожности

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

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

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

Снабберы

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

У

MOSFET SSR есть свои ограничения, но при разумном выборе MOSFET проблем должно быть немного.Очень высокие скорости переключения не достигаются при использовании микросхемы драйвера, такой как Si8752, поэтому проблема электромагнитных помех возникает редко. По-прежнему важно провести надлежащее тестирование, чтобы гарантировать, что полевые МОП-транзисторы никогда не нагреваются более чем немного при нормальном использовании, и может потребоваться радиатор, если вам нужно проводить большой постоянный ток. Низкое R DS-on минимизирует рассеивание, но всегда ненулевое значение, когда идет ток.

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

Выводы

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

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

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

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

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

Список литературы

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

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

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

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

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

.

No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *