Τα ρελέ SSR ή Solid state είναι ηλεκτρικοί διακόπτες υψηλής ισχύος που λειτουργούν χωρίς να εμπλέκονται μηχανικές επαφές, αντί να χρησιμοποιούν ημιαγωγούς στερεάς κατάστασης όπως MOSFET για εναλλαγή ηλεκτρικού φορτίου.

Τα SSR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη λειτουργία φορτίων υψηλής ισχύος, μέσω μιας μικρής τάσης ενεργοποίησης εισόδου με αμελητέο ρεύμα.

Αυτές οι συσκευές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη λειτουργία φορτίων AC υψηλής ισχύος Φορτία DC .

Τα ρελέ στερεάς κατάστασης είναι πολύ αποδοτικά σε σύγκριση με το ηλεκτρομηχανικά ρελέ λόγω μερικών διακριτών χαρακτηριστικών.

Κύρια χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα του SSR

Τα κύρια χαρακτηριστικά και τα πλεονεκτήματα των ρελέ στερεάς κατάστασης ή SSR είναι:

Τα SSR μπορούν να κατασκευαστούν εύκολα χρησιμοποιώντας έναν ελάχιστο αριθμό συνηθισμένων ηλεκτρονικών ανταλλακτικών
Λειτουργούν χωρίς καμία μορφή ήχου κλικ λόγω της απουσίας μηχανικών επαφών.
Η σταθερή κατάσταση σημαίνει επίσης ότι οι SSR μπορούν να αλλάξουν με πολύ ταχύτερη ταχύτητα από τους παραδοσιακούς ηλεκτρομηχανικούς τύπους.
Τα SSR δεν εξαρτώνται από την εξωτερική τροφοδοσία για ενεργοποίηση, αλλά εξάγουν την τροφοδοσία από το ίδιο το φορτίο.
Λειτουργούν χρησιμοποιώντας αμελητέο ρεύμα και επομένως δεν αποστραγγίζουν την μπαταρία σε συστήματα που λειτουργούν με μπαταρία. Αυτό εξασφαλίζει επίσης αμελητέο ρεύμα ρελαντί για τη συσκευή.

Βασική ιδέα εργασίας SSR με χρήση MOSFET

Σε μια από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μου εξήγησα πώς βασίζεται ένα MOSFET αμφίδρομος διακόπτης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη λειτουργία οποιουδήποτε επιθυμητού ηλεκτρικού φορτίου, όπως ένα πρότυπο μηχανικός διακόπτης , αλλά με εξαιρετικά πλεονεκτήματα.

Η ίδια ιδέα αμφίδρομου διακόπτη MOSFET θα μπορούσε να εφαρμοστεί για τη δημιουργία μιας ιδανικής συσκευής SSR.

Για SSR που βασίζεται σε Triac, ανατρέξτε σε αυτήν την ανάρτηση

Βασικός σχεδιασμός SSR

βασική ιδέα σχεδιασμού SSR ρελέ στερεάς κατάστασης

Στην παραπάνω βασική σχεδίαση SSR, μπορούμε να δούμε μερικά κατάλληλα βαθμολογημένα MOSFET T1 και T2 συνδεδεμένα πλάτη με πλάτη με τα τερματικά προέλευσης και πύλης που ενώνονται μεταξύ τους.

Οι D1 και D2 είναι οι εσωτερικές δίοδοι σώματος των αντίστοιχων MOSFET, οι οποίες μπορεί να ενισχυθούν με εξωτερικές παράλληλες διόδους, εάν απαιτείται.

Μια είσοδος DC εισόδου μπορεί επίσης να φανεί συνδεδεμένη στα κοινά τερματικά πύλης / πηγής των δύο MOSFET. Αυτή η τροφοδοσία χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση των MOSFETs ON ή για την ενεργοποίηση του μόνιμου ON για τα MOSFETs ενώ η μονάδα SSR λειτουργεί.

“κοινή αύξηση λειτουργίας διαφορικού ενισχυτή ”

Η τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος που θα μπορούσε να φτάσει μέχρι το επίπεδο δικτύου και το φορτίο συνδέονται σε σειρά μεταξύ των δύο αποχετεύσεων των MOSFET.

“κύκλωμα ελέγχου ταχύτητας ανεμιστήρα dc ”

Πως δουλεύει

Η λειτουργία του προτεινόμενου ρελέ κατάστασης πώλησης μπορεί να γίνει κατανοητή με αναφορά στο ακόλουθο διάγραμμα και τις αντίστοιχες λεπτομέρειες:

Με την παραπάνω ρύθμιση, λόγω της συνδεδεμένης τροφοδοσίας πύλης εισόδου, τα Τ1 και Τ2 είναι και τα δύο στη θέση ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ. Όταν η είσοδος AC πλευράς φορτίου είναι ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ, το αριστερό διάγραμμα δείχνει τη συμπεριφορά του θετικού μισού κύκλου μέσω του σχετικού ζεύγους MOSFET / δίοδος (T1, D2) και το διάγραμμα δεξιάς πλευράς δείχνει τον τρόπο με τον οποίο διεξάγεται ο αρνητικός κύκλος AC μέσω του άλλου συμπληρωματικού MOSFET / ζεύγος διόδων (T2, D1).

Στο αριστερό διάγραμμα βλέπουμε ότι ένας από τους μισούς κύκλους εναλλασσόμενου ρεύματος περνά από το T1 και το D2 (το T2 είναι αντίστροφο προκατειλημμένο) και τελικά ολοκληρώνει τον κύκλο μέσω του φορτίου.

Το διάγραμμα της δεξιάς πλευράς δείχνει πώς ο άλλος μισός κύκλος ολοκληρώνει το κύκλωμα στην αντίθετη κατεύθυνση, διεξάγοντας μέσω του φορτίου, T2, D1 (η Τ1 αντιστρέφεται μεροληπτική σε αυτήν την περίπτωση).

Με αυτόν τον τρόπο, τα δύο MOSFETs T1, T2 μαζί με τις αντίστοιχες δίοδοι αμαξώματος D1, D2, επιτρέπουν στους δύο μισούς κύκλους του AC να διεξάγουν, να τροφοδοτούν τέλεια το φορτίο AC και να επιτυγχάνουν τον ρόλο SSR αποτελεσματικά.

Κάνοντας ένα πρακτικό κύκλωμα SSR

Μέχρι στιγμής έχουμε μάθει τον θεωρητικό σχεδιασμό ενός SSR, τώρα ας προχωρήσουμε και να δούμε πώς θα μπορούσε να κατασκευαστεί μια πρακτική μονάδα ρελέ στερεάς κατάστασης, για την εναλλαγή ενός επιθυμητού φορτίου AC υψηλής ισχύος, χωρίς εξωτερική είσοδο DC.

Το παραπάνω κύκλωμα SSR έχει διαμορφωθεί ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως συζητήθηκε στην προηγούμενη βασική σχεδίαση. Ωστόσο, εδώ βρίσκουμε δύο επιπλέον διόδους D1 και D2, μαζί με τις διόδους σώματος MOSFET D3, D4.

Οι δίοδοι D1, D2 εισάγονται για έναν συγκεκριμένο σκοπό έτσι ώστε να σχηματίζει έναν ανορθωτή γέφυρας σε συνδυασμό με τις διόδους σώματος D3, D4 MOSFET.

Ο μικροσκοπικός διακόπτης OFF μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση / απενεργοποίηση του SSR. Αυτός ο διακόπτης μπορεί να είναι διακόπτης καλαμιού ή διακόπτης χαμηλού ρεύματος.

Για εναλλαγή υψηλής ταχύτητας μπορείτε να αντικαταστήσετε το διακόπτη με a οπτοζεύκτης όπως φαίνεται παρακάτω.

Στην ουσία το κύκλωμα πληροί τώρα 3 απαιτήσεις.

Ενεργοποιεί το φορτίο AC μέσω της διαμόρφωσης MOSFET / Diode SSR.
Ο ανορθωτής γέφυρας που σχηματίζεται από το D1 --- D4 μετατρέπει ταυτόχρονα την είσοδο AC φορτίου σε διορθωμένο και φιλτραρισμένο DC, και αυτό το DC χρησιμοποιείται για πόλωση των πυλών των MOSFET. Αυτό επιτρέπει στους MOSFET να ενεργοποιούνται κατάλληλα μέσω του ίδιου του φορτίου AC, χωρίς να εξαρτάται από οποιοδήποτε εξωτερικό DC.
Το διορθωμένο DC τερματίζεται περαιτέρω ως βοηθητική έξοδος DC που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία οποιουδήποτε κατάλληλου εξωτερικού φορτίου.

Πρόβλημα κυκλώματος

Μια πιο προσεκτική ματιά στον παραπάνω σχεδιασμό υποδηλώνει ότι, αυτός ο σχεδιασμός SSR μπορεί να έχει προβλήματα στην αποτελεσματική εφαρμογή της επιδιωκόμενης λειτουργίας. Αυτό συμβαίνει επειδή, τη στιγμή που το DC εναλλαγής φτάνει στην πύλη του MOSFET, θα αρχίσει να ανάβει, προκαλώντας παράκαμψη του ρεύματος μέσω της αποστράγγισης / πηγής, μειώνοντας την τάση πύλης / πηγής.

Ας εξετάσουμε το MOSFET T1. Μόλις το διορθωμένο DC αρχίσει να φθάνει στην πύλη του T1, θα αρχίσει να ανάβει δεξιά από περίπου 4 V και μετά, προκαλώντας παράκαμψη της τροφοδοσίας μέσω των τερματικών αποστράγγισης / πηγής. Κατά τη διάρκεια αυτής της στιγμής, το DC θα αγωνιστεί να ανέβει πέρα από τη δίοδο zener και θα αρχίσει να πέφτει στο μηδέν.

Αυτό με τη σειρά του θα αναγκάσει το MOSFET να απενεργοποιηθεί και το συνεχές αδιέξοδο είδος ή μια σύγκρουση θα συμβεί μεταξύ της αποστράγγισης / πηγής MOSFET και της πύλης / πηγής MOSFET, εμποδίζοντας το SSR να λειτουργεί σωστά.

“πώς να φτιάξετε δωρεάν γεννήτρια ενέργειας ”

Η λύση

Η λύση στο παραπάνω ζήτημα θα μπορούσε να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας το ακόλουθο παράδειγμα κυκλώματος.

Ο στόχος εδώ είναι, να βεβαιωθείτε ότι τα MOSFET δεν λειτουργούν έως ότου αναπτυχθεί το βέλτιστο 15 V σε όλη τη δίοδο zener ή στην πύλη / πηγή των MOSFET

Ο ενισχυτής διασφαλίζει ότι η έξοδος του ενεργοποιείται μόνο όταν η γραμμή DC διασχίσει το όριο αναφοράς της διόδου zener 15 V, γεγονός που επιτρέπει στις πύλες MOSFET να έχουν το βέλτιστο 15 V DC για την αγωγή.

Η κόκκινη γραμμή που σχετίζεται με το pin3 του IC 741 μπορεί να αλλάξει μέσω ενός οπτοζεύκτη για την απαιτούμενη εναλλαγή από μια εξωτερική πηγή.

Πως δουλεύει : Όπως μπορούμε να δούμε, η αντίστροφη είσοδος του op amp συνδέεται με το 15V zener, το οποίο σχηματίζει ένα επίπεδο αναφοράς για το op amp pin2. Το Pin3 που είναι η μη αναστρέψιμη είσοδος του op amp συνδέεται με τη θετική γραμμή. Αυτή η διαμόρφωση διασφαλίζει ότι ο ακροδέκτης εξόδου6 του op amp παράγει τροφοδοσία 15V μόνο όταν η τάση pin3 φτάσει πάνω από το σήμα 15 V. Η ενέργεια διασφαλίζει ότι οι MOSFET διεξάγονται μόνο μέσω έγκυρης βέλτιστης τάσης πύλης 15 V, επιτρέποντας τη σωστή λειτουργία του SSR.