Az SSR vagy a szilárdtest relék nagy teljesítményű elektromos kapcsolók, amelyek mechanikus érintkezők nélkül működnek, ehelyett olyan szilárdtest félvezetőket használnak, mint például MOSFET-ek elektromos terhelés kapcsolására.
Az SSR-ek nagy teljesítményű terhelések működtetésére használhatók, kis bemeneti trigger feszültségen keresztül, elhanyagolható árammal.
Ezek az eszközök használhatók nagy teljesítményű váltakozó áramú terhelések működtetésére is DC terhelések .
A szilárdtest relék nagyon hatékonyak a elektromechanikus relék néhány különlegesség miatt.
Az SSR főbb jellemzői és előnyei
A szilárdtest relék fő jellemzői és előnyei ill SSR-ek vannak:
- Az SSR-k könnyedén felépíthetők minimális számú hétköznapi elektronikus alkatrész felhasználásával
- A mechanikus érintkezők hiánya miatt mindenféle kattogó hang nélkül működnek.
- A szilárdtest lenni azt is jelenti, hogy az SSR-ek sokkal gyorsabban tudnak váltani, mint a hagyományos elektromechanikus típusok.
- Az SSR-k nem függenek a külső tápfeszültség bekapcsolásától, inkább magából a terhelésből vonják ki az ellátást.
- Elhanyagolható árammal működnek, ezért nem lemerítik az akkumulátort az akkumulátorral működő rendszerekben. Ez elhanyagolható üresjárati áramot is biztosít a készülék számára.
Az SSR alapkoncepciója MOSFET-ek segítségével
Az egyik korábbi bejegyzésemben elmagyaráztam, hogyan alapul a MOSFET kétirányú kapcsoló felhasználható bármilyen kívánt elektromos terhelés működtetésére, csakúgy, mint egy szabvány mechanikus kapcsoló , de kivételes előnyökkel.
Ugyanaz a MOSFET kétirányú kapcsoló koncepció alkalmazható ideális SSR eszköz készítéséhez.
A Triac alapú SSR-t lásd: erre a bejegyzésre
Alapvető SSR tervezés
A fent bemutatott alap SSR-konstrukcióban láthatunk pár megfelelő besorolású T1 és T2 MOSFET-et, amelyek egymáshoz vannak csatlakoztatva, egymáshoz csatlakoztatott forrás- és kapu terminálokkal.
A D1 és D2 a megfelelő MOSFET belső testdiódái, amelyeket szükség esetén külső párhuzamos diódákkal lehet megerősíteni.
Egy bemeneti egyenáramú tápegység látható a két MOSFET közös kapu / forrás terminálján keresztül is csatlakoztatva. Ezt a tápellátást a MOSFET bekapcsolásához vagy az állandó bekapcsolás engedélyezéséhez használják a MOSFET-ekhez, miközben az SSR egység működik.
A hálózati feszültségig terjedő váltakozó áramú tápellátás és a terhelés sorozatosan csatlakozik a MOSFET két lefolyójához.
Hogyan működik
A javasolt értékesített állapotjelző relé működése megérthető az alábbi ábra és a megfelelő részletek alapján:
A fenti beállítással a bekapcsolt bemeneti kapuellátás miatt T1 és T2 egyaránt bekapcsolt állapotban vannak. Amikor a terhelési oldali AC bemenet bekapcsolt állapotban van, a bal oldali ábra azt mutatja, hogy a pozitív félciklus hogyan vezet a megfelelő MOSFET / dióda páron (T1, D2) keresztül, a jobb oldali ábra pedig azt mutatja be, hogy a negatív AC ciklus hogyan működik a másik kiegészítő MOSFET / diódapár (T2, D1).
A bal oldali ábrán azt találjuk, hogy az egyik váltakozó áramú félciklus átmegy a T1-en és a D2-n (T2 fordított előfeszítéssel), és végül a terhelésen keresztül befejezi a ciklust.
A jobb oldali ábra azt mutatja, hogy a másik fél ciklus hogyan fejezi be az áramkört az ellenkező irányba azáltal, hogy T2, D1 terhelést vezet (a T1 ebben az esetben torzítva van megfordítva).
Ily módon a két T1, T2 MOSFET és a hozzájuk tartozó D1, D2 testdiódák lehetővé teszik az AC mindkét félciklusának vezetését, tökéletesen táplálva az AC terhelést és hatékonyan ellátva az SSR szerepet.
Gyakorlati SSR áramkör készítése
Eddig megtanultuk az SSR elméleti tervezését, most lépjünk előre, és nézzük meg, hogyan lehetne egy praktikus szilárdtest relé modult felépíteni a kívánt nagy teljesítményű váltakozó áram terhelésének kapcsolására, külső DC bemenet nélkül.
A fenti SSR áramkör pontosan ugyanúgy van konfigurálva, mint azt a korábbi alaptervben bemutattuk. Itt azonban két további D1 és D2 diódát találunk, a MOSFET D3, D4 testdiódákkal együtt.
A D1, D2 diódákat meghatározott célból vezetik be, így a D3, D4 MOSFET testdiódákkal összekötve hidas egyenirányítót képeznek.
A kicsi ON kapcsoló használható az SSR ON / OFF kapcsolására. Ez a kapcsoló lehet nádkapcsoló vagy bármilyen alacsony áramú kapcsoló.
Nagy sebességű kapcsoláshoz cserélje ki a kapcsolót a-val opto-csatoló az alábbiak szerint.
Lényegében az áramkör most 3 követelménynek felel meg.
- Az AC terhelést a MOSFET / Dióda SSR konfigurációval látja el.
- A D1 --- D4 által alkotott hídirányító egyidejűleg átalakítja a terhelés váltakozó áramú bemenetét egyenirányított és szűrt egyenárammá, és ezt az egyenáramot használják a MOSFET kapuinak előfeszítésére. Ez lehetővé teszi a MOSFET-ek megfelelő bekapcsolását a terhelő AC-n keresztül, anélkül, hogy bármilyen külső DC-től függene.
- Az egyenirányított egyenáramot kiegészítő DC kimenetként tovább megszüntetik, amely alkalmas bármilyen megfelelő külső terhelés táplálására.
Áramkör probléma
A fenti terv alaposabb vizsgálata azt sugallja, hogy ennek az SSR-tervnek problémái lehetnek a tervezett funkció hatékony megvalósításával. Ennek oka, hogy abban a pillanatban, amikor a kapcsoló egyenáram megérkezik a MOSFET kapujához, elkezd bekapcsolni, ami az áram megkerülését okozza a lefolyón / forráson keresztül, és kimeríti a kapu / forrás feszültségét.
Vegyük figyelembe a MOSFET T1-et. Amint a javított egyenfeszültség elkezdi elérni a T1 kapuját, 4 V körülről kezd jobbra bekapcsolni, ami a tápellátás megkerülő hatását okozza a lefolyó / forrás kivezetésein keresztül. Ebben a pillanatban a DC küzd, hogy felemelkedjen a zener diódán, és elkezd nullához csökkenni.
Ez viszont a MOSFET kikapcsolását eredményezi, és a MOSFET lefolyó / forrás és a MOSFET kapu / forrás közötti folyamatos elavult harc vagy kötélhúzás következik be, megakadályozva az SSR megfelelő működését.
A megoldás
A fenti kérdés megoldása a következő áramkör-koncepció segítségével valósítható meg.
A cél itt az, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a MOSFET-ek addig nem működnek, amíg az optimális 15 V-ot nem fejlesztik ki a zener diódán, vagy a MOSFET-ek kapun / forrásán keresztül.
Az op erősítő biztosítja, hogy a kimenete csak akkor szóljon, amikor az egyenáramú vonal átlépi a 15 V zener dióda referencia küszöböt, ami lehetővé teszi, hogy a MOSFET kapuk optimális 15 V DC-t kapjanak a vezetéshez.
Az IC 741 pin3 csatlakozójához tartozó piros vonal átváltható egy opto csatolón keresztül a külső forrásból történő szükséges átkapcsoláshoz.
Hogyan működik : Amint láthatjuk, az op erősítő invertáló bemenete a 15 V-os zenerhez van kötve, amely referenciaszintet képez az op amp2 pin számára. A Pin3, amely az op erősítő nem invertáló bemenete, a pozitív vonallal van összekötve. Ez a konfiguráció biztosítja, hogy az op erősítő kimeneti pin6-ja csak akkor termel 15V-os tápfeszültséget, ha a pin3 feszültsége eléri a 15 V jelet. A művelet biztosítja, hogy a MOSFET-ek csak érvényes 15 V-os optimális kapufeszültségen keresztül vezessenek, lehetővé téve az SSR megfelelő működését.
Elszigetelt kapcsolás
Bármely SSR fő jellemzője, hogy lehetővé tegye a felhasználó számára, hogy egy külső kapcsolaton keresztül izoláltan kapcsolja az eszközt.
A fenti op amp alapú tervezés megkönnyíthető ezzel a funkcióval, amint azt a következő koncepció bemutatja:
Hogyan működnek a diódák, mint a hídirányító
A pozitív félciklusok alatt az áram a D1, 100k, zener, D3 csatornákon keresztül mozog, és visszavezet az AC forrásba.
A másik fél ciklus alatt az áram a D2-n, 100k-n, a zeneren, a D4-en keresztül halad vissza az AC-forrásba.
Referencia: SSR
Korábbi: A nők védelme a támadások és zaklatások ellen Következő: 1 Hz - 1 MHz frekvencia referencia generátor áramkör
