Твердотельное реле

Твердотельное реле ( SSR ) представляет собой электронное устройство переключения , который включается или выключается , когда внешнее напряжение (переменного или постоянного тока) применяется на его выводах управления. Оно выполняет ту же функцию, что и электромеханическое реле , но не имеет движущихся частей и, следовательно, увеличивает срок службы. SSR состоят из датчика, который реагирует на соответствующий вход (управляющий сигнал), твердотельного электронного переключающего устройства, которое подключает питание к цепи нагрузки, и механизма связи, позволяющего сигналу управления активировать этот переключатель без механических частей. Реле могут быть предназначены для переключения либо ACили нагрузки постоянного тока .

В корпусных твердотельных реле используются силовые полупроводниковые устройства, такие как тиристоры и транзисторы , для коммутации токов до сотни ампер . Твердотельные реле имеют высокую скорость переключения по сравнению с электромеханическими реле и не имеют физических контактов, которые могут изнашиваться. Пользователи твердотельных реле должны учитывать неспособность твердотельного реле выдерживать большие кратковременные перегрузки, как это может делать электромеханическое реле, а также их более высокое сопротивление во включенном состоянии.

Связь [ править ]

Управляющий сигнал должен быть передан в управляемую цепь таким образом, чтобы обеспечить гальваническую развязку между двумя цепями.

Многие SSR используют оптическую связь. Управляющее напряжение возбуждает внутренний светодиод, который загорается и включает фоточувствительный диод (фотоэлектрический); ток диода включает встречный тиристор ( TRIAC ), SCR или MOSFET для переключения нагрузки. Оптическая связь позволяет электрически изолировать цепь управления от нагрузки. См. Оптоизолятор для получения дополнительной информации об этой технике изоляции.

Операция [ править ]

SSR на основе одного MOSFET или нескольких MOSFET в параллельном массиве может хорошо работать с нагрузками постоянного тока. МОП-транзисторы имеют встроенный диод-подложку, который проводит в обратном направлении, поэтому один МОП-транзистор не может блокировать ток в обоих направлениях. Для работы на переменном токе (двунаправленной) два полевых МОП-транзистора расположены спина к спине, а их выводы истока связаны вместе. Их сливные штырьки подключены к обеим сторонам выхода. Диоды подложки поочередно смещены в обратном направлении, чтобы блокировать ток, когда реле выключено. Когда реле включено, общий источник всегда использует мгновенный уровень сигнала, и оба затвора смещены фотодиодом положительно относительно источника.

Обычно предоставляется доступ к общему источнику, чтобы несколько полевых МОП-транзисторов могли быть подключены параллельно при переключении нагрузки постоянного тока. Обычно сеть предоставляется для ускорения выключения полевого МОП-транзистора при удалении управляющего входа.

В цепях переменного тока реле SCR или TRIAC по своей сути отключаются в точках нулевого тока нагрузки. Цепь никогда не будет прервана в середине пика синусоидальной волны, предотвращая большие переходные напряжения, которые в противном случае возникли бы из-за внезапного коллапса магнитного поля вокруг индуктивности. С добавлением детектора нулевой точки (без отрицательной индуктивности цепи и результирующей обратной ЭДС) отдельные тиристоры можно снова включить в начале новой волны. Эта функция называется переключением с нулевым кроссовером.

Параметры [ править ]

Этот раздел нуждается в расширении . Вы можете помочь, добавив к нему . ( Сентябрь 2010 г. )

SSR характеризуются рядом параметров, включая необходимое активирующее входное напряжение, ток, выходное напряжение и ток, будь то переменный или постоянный ток, падение напряжения или сопротивление, влияющее на выходной ток, тепловое сопротивление , а также тепловые и электрические параметры для безопасной рабочей зоны ( например, снижение номинальных характеристик в соответствии с тепловым сопротивлением при многократном переключении больших токов). SSR также могут включать оборудование перехода через ноль, чтобы включать или выключать напряжение только тогда, когда напряжение переменного тока равно нулю. Пропорциональные SSR могут задерживать возникновение напряжения после перехода через нуль, чтобы снизить выходной ток (контроль фазового угла).

Преимущества перед механическими реле [ править ]

Большинство относительных преимуществ твердотельных реле перед электромеханическими реле являются общими для всех твердотельных устройств по сравнению с электромеханическими устройствами.

• По своей природе меньший и более тонкий профиль, чем механическое реле аналогичной спецификации, что позволяет более плотно уплотнять. (При желании может иметь такой же форм-фактор «кожуха» для взаимозаменяемости.)
• Совершенно бесшумная работа. ^[1]
• SSR переключаются быстрее электромеханических реле; время переключения типичного SSR с оптической связью зависит от времени, необходимого для включения и выключения светодиода - от микросекунд до миллисекунд. ^[1]
• Увеличенный срок службы, даже если он активирован много раз, так как нет движущихся частей, которые могут изнашиваться, и нет контактов для образования ямок или накопления нагара. ^[1]
• Выходное сопротивление остается постоянным независимо от интенсивности использования.
• Чистая, безотказная работа. ^[1]
• Отсутствие искрообразования позволяет использовать его во взрывоопасных средах, где критически важно, чтобы во время переключения не возникало искр.
• Намного менее чувствительны к факторам окружающей среды хранения и эксплуатации, таким как механические удары , вибрация , влажность и внешние магнитные поля.

Недостатки [ править ]

• Вольт-амперная характеристика полупроводниковых, а не механических контактов:
  • В закрытом состоянии повышенное сопротивление (выделение тепла) и повышенный электрический шум
  • В разомкнутом состоянии меньшее сопротивление и обратный ток утечки (обычно в диапазоне мкА)
  • Вольт-амперная характеристика нелинейна (не является чисто резистивной), что в некоторой степени искажает коммутируемые формы сигналов. Электромеханическое реле имеет низкое омическое (линейное) сопротивление соответствующего механического переключателя при активации и чрезвычайно высокое сопротивление воздушного зазора и изоляционных материалов при размыкании.
  • Некоторые типы имеют выходные цепи, чувствительные к полярности. Электромеханические реле не зависят от полярности.
• Возможность ложного переключения из-за переходных процессов напряжения (из-за гораздо более быстрого переключения, чем механическое реле)
• Изолированный источник смещения необходим для цепи заряда затвора
• Более высокое переходное время обратного восстановления (Trr) из-за наличия основного диода
• Склонность к отказу «закоротить» на своих выходах, в то время как контакты электромеханического реле имеют тенденцию к отказу «размыкаться».

Галерея [ править ]

См. Также [ править ]

• Оптоизолятор

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Схема защиты от повреждений постоянного тока для аудиоусилителей
• Словарь терминов для твердотельных реле
• Твердотельные реле National Instruments
• Твердотельные реле и электромеханические реле