Site Loader

Содержание

Заметки для мастера — Управление нагрузкой


          

          

          Сенсорный выключатель

 

        Простая схема сенсорного выключателя показана на рис.1.

 

Рис.1

        Основой устройства служит двойной эмиттерный повторитель на транзисторах VT1, VT2. В эмиттер VT2 включено реле К1. При прикосновении к сенсору переменное напряжение, наводимое в теле человека комнатной проводкой, передается через конденсатор С1 на базу составного транзистора, который открывается, и реле срабатывает. Диод VD1 защищает транзистор от выбросов напряжения при размыкании, а конденсатор С2 сглаживает возникающие пульсации.

        Транзисторы – маломощные кремниевые, например КТ315 с любым буквенным индексом. Диод – кремниевый, например Д226. Реле – маломощное, на рабочее напряжение 9В.

          Простые схемы термореле

 

        Термореле, схема которого показана на рис.2, выполнено на основе триггера Шмитта.

 

Рис.2

        В качестве датчика температуры используется терморезистор. Потенциометр R1 устанавливает начальное смещение на терморезисторе R2 и потенциометре R3. Его регулировкой добиваются срабатывания исполнительного устройства при изменении сопротивления терморезистора.

        В качестве нагрузки может быть использовано не только реле, но и слаботочная лампа накаливания.

       Термореле, схема показана на рисунке 3, имеет выходной каскад с самоблокировкой на тиристоре. Это приводит к тому, что после срабатывания схемы выключить сигнализацию можно только после кратковременного отключения питания устройства.

 

Рис.3

 

Шустов.М.А.

Практическая схемотехника

               Бесконтактный выключатель освещения

 

          Особенность этого выключателя в том, что его сенсор бесконтактный, он не имеет токопроводящих частей, и поэтому, обеспечивает 100% защиту от поражения электротоком, рис.4.

 

Рис.4

        Дело в том, что сенсор акустический, он реагирует на акустические колебания пластмассового корпуса выключателя, которые имеют место при легком постукивании по нему. Таким образом, управляется выключатель легкими постукиваниями по корпусу, и после каждого удара он меняет свое состояние на противоположное (стук — свет включен, еще стук — свет выключен).

        В качестве акустического сенсора используется пьезокерамическая головка типа ГЗК от старого электрофона (проигрывателя виниловых дисков). Такая аппаратура уже давно снята с производства, но пьезокерамические головки с иглами еще встречаются в продаже. В крайнем случае, вместо головки сойдет и пъезозвукоизлучатель, но стукать нужно будет сильнее.

        При ударе, на коллекторе VT1 возникает хаотическое переменное напряжение, которое преобразуется в положительный импульс детектором VD1-C3. Этот импульс переключает D-триггер D1 в противоположное исходному, положение.

        С прямого выхода D1 логический уровень поступает на базу VT1, который управляет открывание тиристора VS1. В момент включения электроснабжения триггер автоматически (при помощи цепи R3-C2) устанавливается в нулевое положение, при котором VS1 закрыт и свет, следовательно, выключен.

        При сборке нужно сделать так, чтобы игла В1 была надежно прижата к корпусу устройства. Тиристор КУ201 можно заменить на КУ202, мост можно заменить диодами типа КД209.

        Налаживание устройства состоит в подборе номинала R1 таким образом, чтобы напряжение на коллекторе VT1 было около 1.5-2V, так, чтобы при отсутствии входного сигнала, триггер воспринимал напряжение на С3 как логический ноль. Более точным подбором R1 можно получить желаемую чувствительность.

        Если выключатель будет на длительное время зависать после переключения, нужно зашунтировать С3 резистором на 1-2 мегаома.

          Сенсорный переключатель на микросхеме

        На рисунке 5 показана схема сенсорного переключателя, построенного на интегральной микросхеме таймера типа 555.

 

Рис.5

        Путем прикосновения к контактной пластине можно включить, например, лампу или другое устройство. Микросхема обладает очень большой чувствительностью: для ее переключения достаточно, чтобы на клемму 2 был подан ток всего в 1мкА. Вывод 2 соединен с положительно питающим напряжением через резистор R2 (2.2 – 10 МОм). При Rт = 8,2 Мом и Ст = 300 нФ реле срабатывает примерно через 3сек. Применяя конденсатор большей емкости, можно увеличить время включения. Однако максимальная выдержка времени не может превышать 60 мин. В качестве реле использовано с номинальным напряжением 6 В. Диод D1, соединен параллельно с обмоткой реле, служит для подавления всплесков индуктивности напряжения. В зависимости от напряжения срабатывания реле значения питающего напряжения могут находиться в диапазоне от 4,5 до 16 В.

        Схема применима и для управления, например, квартирным звонком. Выдержку в этом случае не имеет смысла устанавливать больше чем на 3 сек. Для автоматического выключения аппаратуры она может составлять, например, 60 мин.

 

Ференци О.

«Электроника в нашем

доме»

          Простое сенсорное устройство

 

        Для включения различных механизмов может быть использован сенсорный датчик, схема которого показана на рис.6.

 

Рис.6

        При подключении питания в дежурном режиме датчик потребляет ток не более 0,2 мА. При касании пальцем сенсорного контакта Е1 переменное напряжение, наведенное в теле человека, поступает на базу транзистора VT1, выпрямляется и усиливается этим транзистором. Возникшее на резисторе R2 постоянное напряжение открывает транзисторы VT2 и VT3, в результате чего срабатывает электромагнитное реле К1, контакты которого включают исполнительный механизм.

        Для питания датчика следует использовать стабилизированный источник питания напряжением 12 В. Статический коэффициент передачи тока транзистора должен быть 80…100. Электромагнитное реле – РЭС10 (паспорт РСТ.524.303) или РЭС9 (паспорт РСТ.524.202). Сенсорная пластинка Е1 имеет размер 10х13 мм. Если сенсор размещают от устройства более чем на 15 см, то его подключение осуществляют экранированным проводом, соединяя оплетку с минусом источника питания.

 

Пестриков В.М.

«Радиоэлектронные устройства,

полезные в быту»  

          Простое реле времени

 

        Если нужно отсрочить включение какого – либо устройства (например, автоматически включить свет), можно воспользоваться любым кварцевым будильником с электромагнитным или динамическим капсюлем и простой схемой на тиристоре и реле, рис.7.

 

Рис.7

        Напряжение питания должно соответствовать напряжению срабатывания реле.

        Если схема не будет работать, нужно переменить полярность подключения к капсюлю будильника. Тиристор и реле можно заменить другими, средней мощности.

          Светодиодное фотореле

 

      

Рис.8

        Известно, что практически любой полупроводниковый кристалл обладает свойствами фотоэлемента. В прошлые времена радиолюбители в качестве таковых использовали транзисторы в металлических корпусах, вскрывая верхнюю часть корпуса.

        Сейчас со светодиодами полегче, и все же работа полупроводниковых приборов в качестве фотоэлемента представляет некоторый интерес. Особенно интересны в данном амплуа обычные индикаторные светодиоды. Например, напряжение на АЛ307 в темноте практически равно нулю, но стоит его поднести к настольной лампе, как светодиод начинает вырабатывать постоянное напряжение около 1В.

        Конечно, все светодиоды, в режиме фотоэлементов работают по – разному, и их светочувствительность существенно различается даже для светодиодов одной марки и типа.

        На рисунке 8 показана схема простого фотореле, реагирующего на изменение освещенности, в которой в качестве датчика света используется индикаторный светодиод, работающий как фотоэлемент. Эту схему можно использовать как прототип для построения других фотореле и датчиков, со светодиодом в качестве фотоприемника.

        Светодиод HL1 используется как фотоэлемент. Он вырабатывает напряжение, пропорционально зависящее от силы света, попадающего на его кристалл. Поскольку светочувствительность у разных светодиодов различается, и чтобы можно было регулировать чувствительность фотореле, в схеме есть источник регулируемого постоянного напряжения смещения, — R1-R2.

        Резистором R2 можно регулировать начальное напряжение на базе VT1, суммируемое с напряжением, которое вырабатывает HL1, и таким образом, регулировать порог включения реле.

 

Андреев С.А.

          Ограничитель нагревания

 

        Простое устройство, отключающее нагреватель при нагреве воды до кипения можно сделать на основе датчика вентилятора охлаждения автомобиля «Жигули» ВАЗ – 2106, рис.9.

 

Рис.9

        Датчик замыкает контакты при температуре около 99 0С и размыкает их при температуре 95 0С.

        Схема предельно проста. При нагреве жидкости до кипения контакты датчика замыкаются и шунтируют цепь управляющего электрода тиристора, закрывая его. При этом нагрузка отключается. После остывания жидкости до температуры около 95 0С контакты датчика размыкаются и на управляющий электрод тиристора поступает открывающий ток через резистор R1.

        Мощность нагрузки зависит от мощности тиристора и диодов. В данной схеме можно использовать различные тиристоры и диоды, важно чтобы они соответствовали мощности нагрузки и напряжению сети. В каждом конкретном случае нужно подобрать сопротивление R1 чтобы тиристор надежно открывался.

          Управление реле одной кнопкой

 

        Это устройство позволяет включать и выключать нагрузку одной кнопкой. В исходном состоянии реле К1 (см. рис.10) обесточено. При нажатии на кнопку SB1 через резистор R1 на управляющий электрод тиристора VS1 поступает положительный импульс. Тиристор открывается, и реле срабатывает, контактами К1.2 (они на схеме не показаны) включая нагрузку. Срабатывание реле подготавливает цепь отключения тиристора контактами К1.1.

Рис.10

        Следующее нажатие на кнопку SB1 приводит к тому, что напряжение с заряженного конденсатора С1 прикладывается к тиристору в обратной полярности. В результате тиристор VS1 закрывается, реле К1 выключается, обесточивая нагрузку. Устройство готово к очередному нажатию на кнопку SB1.

        В устройстве можно использовать реле РЭС22, РЭС6 на соответствующее напряжение срабатывания. Вместо тиристора КУ202М подойдет любой из серии КУ202 и КУ201. Необходимый ток срабатывания реле устанавливают подбором резистора R1.

 

Омельяненко А.

г.Мегиом

Тюменской обл.

          Безопасное управление тиристорами

 

        На рис.11 показана схема тиристорного выключателя переменного тока.

Рис.11

        Когда замкнуты контакты тумблера SA1, то в какой – либо полупериод сети ток утечки обратновключенного тиристора становиться током, открывающим прямовключенный. В результате оба полупериода напряжения сети поступают в нагрузку Rн.

        При размыкании контактов тумблера тиристоры перестают открываться, нагрузка отключается.

        Преимущество такого выключателя заключается в том, что ток, протекающий через контакты тумблера, значительно меньше, чем ток через нагрузку, а значит, что можно, практически, не опасаться  использовать маломощный тумблер на более мощную нагрузку.

 

Ладыка А.

г. Санкт-Петербург

Управление тиристорным контактором — Страница 2 — Точечная сварка

mishgan100, ТЛ 320 выше крыши хватит, там чуть меньше 50 ампер будет. Схемку сейчас нарисую.  Да и Т 160 вполне хватит. Только гляньте, на какое они напряжение.Хотя, если не ошибаюсь, они меньше 8 группы не бывают, 800 вольт. Хотя, лучше ТЛ ставить, они на индуктивную нагрузку понадёжнее будут.

 

Встала аналогичная задача, только тиристоры МТТ-500-12.

 

Пробовали схему примерно как у вас (описание ниже), но на другом форуме меня убеждали что это неправильно и МТТ-500-12 нужно открывать только импульсами с током 1-1.5А (через импульсный трансформатор и РКС).

 

Вы под ТЛ 320 подразумеваете ТЛ171-320 ? Если да, то характеристики с МТТ-500-12 в части управления примерно идентичны. У ТЛ Ugt=3.5В Igt=250мА, у МТТ Ugt=3В Igt=200мА.

 

До того как нашел сообщение на форуме пробовали сами — между УЭ без диодов включили сопротивление, полностью открывается тиристор на 10кОм (правда потом нам сказали, что мы все неправильно делали, надо нагрузку больше вешать было тогда бы не получилось бы через 10кОм открыть). Но ваша схема меня обнадежила, что мы на правильном пути.

 

Между УЭ померили напряжение — 380В.

 

Смущает лишь, что при вы используете всего 100ом и 10Вт…

 

На нашем 10кОм если считать напрямую, то ток получается 0,04А (это конечно мало для стабильноого открытия тиристора. Факт не мерил, не чем было) и рассеиваемая мощность примерно 15Вт.

 

На вашем варианте с 100 ом рассеиваемая мощность будет в разы больше (в 100 раз, т.е. 380вт), ток при прямом расчете (I=U/R) в цепи УЭ получается 3.8А (тиристор должен стабильно быть открытым). Понимаю, что включение кратковременное, но все же точно резистора 10вт хватить ?

 

Мы хотим до 2А ток снизить, соотвественно ставим около 200ом.

Хотелось бы ваше мнение услышать…

И еще вопрос — при такой мощности трансформатора (~80КВА) важно открывать тиристор на пике синусоиды, иначе большой ток получается и выбивает входные автоматы…

или ставить балласт для поддержания намагничивания сердечника трансформатора…


Тиристоры нашли широкое применение в полупроводниковых устройствах и преобразователях. Различные источники питания, частотные преобразователи, регуляторы, возбудительные устройства для синхронных двигателей и много других устройств строились на тиристорах, а в последнее время их вытесняют преобразователи на транзисторах. Основной задачей для тиристора является включение нагрузки в момент подачи управляющего сигнала. В этой статье мы рассмотрим, как управлять тиристорами и симисторами.

Содержание статьи

  • Тиристор и симистор
  • Основные характеристики
  • Принцип работы тиристора и симистора
  • Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Определение

Он, подобно диоду, проводит ток только в одном направлении. То есть для включения в цепь переменного тока для управления двумя полуволнами нужно два тиристора, для каждой по одному, хотя не всегда. Тиристор состоит из 4 областей полупроводника (p-n-p-n).

Основные характеристики

Как и любых других электронных компонентов у тиристоров есть ряд характеристик:

  • Падение напряжения при максимальном токе анода (VT или Uос).
  • Прямое напряжение в закрытом состоянии (VD (RM) или Uзс).
  • Обратное напряжение (vr (PM) или Uобр).
  • Прямой ток (IT или Iпр) – это максимальный ток в открытом состоянии.
  • Максимально допустимый прямой ток (ITSM) — это максимальный пиковый ток в открытом состоянии.
  • Обратный ток (IR) — ток при определенном обратном напряжении.
  • Постоянный ток в закрытом состоянии при определенном прямом напряжении (ID или Iзс).
  • Постоянное отпирающее напряжение управления (VGT или UУ).
  • Ток управления (IGT).
  • Максимальный ток управления электрода IGM.
  • Максимально допустимая рассеиваемая мощность на управляющем электроде (PG или Pу)

Принцип работы

Когда на тиристор подают напряжение он не проводит ток. Есть два способа включит его – подать напряжение между анодом и катодом достаточное для открытия, тогда его работа ничем не будет отличаться от динистора.

Другой способ – это подать кратковременный импульс на управляющий электрод. Ток открытия тиристора лежит в пределах 70-160 мА, хотя на практике эта величина, как и напряжение которое нужно приложить к тиристору зависит от конкретной модели и экземпляра полупроводникового прибора и даже от условий, в которых он работает, таких, например, как температура окружающей среды.

Полярность управляющего напряжения должна совпадать с полярностью напряжения между анодом и катодом, что вы наблюдаете на осциллограммах выше.

После подачи управляющего импульса в первой полуволне (условно положительной) синусоидального напряжения ток через симистор будет протекать до начала второй полуволны, после чего он закроется, как и обычный тиристор. После этого нужно подать еще один управляющий импульс для открытия симистора на отрицательной полуволне. Это наглядно проиллюстрировано на следующих осциллограммах.

Полярность управляющего напряжения должна соответствовать полярности приложенного напряжения между анодом и катодом. Из-за этого возникают проблемы при управлении симисторами с помощью цифровых логических схем или от выходов микроконтроллера. Но это легко решается путем установки симисторного драйвера, о чем мы поговорим позже.

Распространенные схемы управления тиристорами или симисторами

Самой распространенной схемой является симисторный или тиристорный регулятор.

Эта схема регулирует оба полупериода, то есть вы получаете полную регулировку мощности почти от 0% и почти до 100%. Это удалось достичь, установив регулятор в диодном мосте, таким образом регулируется одна из полуволн.

Упрощенная схема изображена ниже, здесь регулируется лишь половина периода, вторая полуволна проходит без изменения через диод VD1. Принцип работы аналогичен.

Симисторный регулятор без диодного моста позволяет управлять двумя полуволнами.

По принципу действия почти аналогична предыдущим, но построена на симисторе с её помощью регулируются уже обе полуволны. Отличия заключаются в том, что здесь импульс управления подаётся с помощью двунаправленного динистора DB3, после того как конденсатор зарядится до нужного напряжения, обычно это 28-36 Вольт. Скорость зарядки также регулируется переменным резистором или потенциометром. Такая схема реализована в большинстве бытовых диммеров.

На рисунке выше изображен вариант управления симистором с помощью микроконтроллера, на примере популярной платформы Arduino. Симисторный драйвер состоит из оптосимистора и светодиода. Так как в выходной цепи драйвера установлен оптосимистор на управляющий электрод всегда подаётся напряжение нужной полярности, но здесь есть некоторые нюансы.

Оптодрайверов для управления симисторами есть множество, типовые – это линейка MOC304x, MOC305x, MOC306X, произведенные компанией Motorola и другими. Более того – эти драйверы обеспечивают гальваническую развязку, что убережет ваш микроконтроллер в случае пробоя полупроводникового ключа, что вполне возможно и вероятно. Также это повысит безопасность работы с цепями управления, полностью разделив цепь на «силовую» и «оперативную».

Заключение

Мы рассказали базовые сведения о тиристорах и симисторах, а также управлении ими в цепях с «переменкой». Стоит отметить, что мы не затрагивали тему запираемых тиристоров, если вас интересует этот вопрос – пишите комментарии и мы рассмотрим их подробнее. Также не были рассмотрены нюансы использования и управления тиристорами в силовых индуктивных цепях. Для управления «постоянкой» лучше использовать транзисторы, поскольку в этом случае вы решаете, когда ключ откроется, а когда он закроется, повинуясь управляющему сигналу…

Алексей Бартош

Подписывайтесь на наш Телеграм-канал чтобы знать больше https://t.me/ieport_new

Читайте также: Носледние новости России и мира сегодня.

Сварочный полуавтомат Svapka.ru для Максима

Предлагаю схему сварочного полуавтомата, упрощенный вариант схемы, которая опубликована здесь..

Собственно сама схема:

Работает схема следующим образом:

При нажатии кнопки управления срабатывает реле К1. Своими контактами к1.1, К1.2, К1.3 одновременно включает двигатель подачи проволоки, подачу газа и сварочный ток.

При отжатии кнопки управления реле К1 отключается, в следствии чего отключается двигатель подачи проволоки,  и сварочный ток. За счет наличия в схеме конденсатора С4, отключение подачи газа задерживается на время зависящее от емкости этого конденсатора. (посгаз).

Настройка:

Как правило при правильном монтаже схема заработает сразу.

Если потребуется, то можно подобрать емкость конденсатора С2  (0,01..0,047 мкф) для необходимого крутящего момента на малых оборотах двигателя. Также в этом случае придется заменить переменный резистор R1 на другой (10к..47 к).

Если в качестве клапана газа используется 12 вольтовый, то подбираем сопротивление резистора R2 для его надежного срабатывания. Если используется 24 вольтовый, то резистор R2  убираем из схемы.

Вместо полевого транзистора можно использовать IRF3205.

Переключателем  SA1 коммутируем первичную обмотку, тем самым регулируем сварочный ток.

Если вам не нужна задержка выключения газа после прекращения сварки (посгаз), то конденсатор С4 можно удалить из схемы.


Добавляю еще схему с небольшими изменениями. Коммутация по первичной обмотке…

В качестве коммутирующего элемента используется симистор BTA41-600. Вот его маркировка:

В целях безопасности в схему добавлено реле К2, которое отвечает за включение/отключение симистора

Освободившаяся группа контактов К1.3 реле К1 используется теперь для коммутации клапана газа.


Обновленный вариант схемы Mаксим Vol 3.0

Скачать печатную плату можно здесь: Mаксим Vol 3.0356

Она в сыром варианте, кто доделает и поделится со мной, тому пирожок.

Схема из 506 комментария, печатная плата igor_new комментарий 577, вместо одного реле применены три реле типа 801Р-1С-С. Скачать можно тут: Версия igor_new288


Обновленный вариант схемы Mаксим Vol 4.0


Ну вроде все.

Автор статьи и схемы: Admin Svapka.Ru

Понравилась ли вам статья? Если не трудно, то проголосуйте пожалуйста:
Похожие записи

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? — GetChip.net

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера – светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :). Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки (если Вы  что-то захотите добавить – буду только рад).
Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале (микроконтроллер все-таки цифровое устройство) и не будем отходить от общей логики: 1-включено, 0-выключено. Начнем.

 

1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.

1.1 Подключение нагрузки через резистор.
Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн.

Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]

Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.

1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить (читай усилить) ток. Что применяют для усиления сигнала? Правильно. Транзистор!

Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе – ограничительный. Может варьироваться в широких пределах (1-10 кОм), в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения. Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора (нужный нам ток) и напряжению коллектор-эмиттер (напряжение которым запитывается нагрузка). Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся.

Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (10676 Загрузок)

1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки.

Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности.

При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов:
— так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи (кратковременно). Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом.

Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (Одна Загрузка)

1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона. Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру (просто ножка к ножке) имеет удобную разводку (вход напротив выхода) и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (19656 Загрузок)

 

2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.

2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле. Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN2003, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.

2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку (димеры), то Вам просто не обойтись без применения симистора (или триака). Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод (причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны  напряжения). Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем (при переходе напряжения через ноль). Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.


Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую (через ограничительный резистор) к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля.

Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения. С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления.

Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы  типа BT138.
BT138.pdf (6684 Загрузки)

2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.

Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.

Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (Одна Загрузка)

 

(Visited 156 555 times, 1 visits today)

%PDF-1.7 % 229 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 229 76 0000000016 00000 н 0000003006 00000 н 0000003232 00000 н 0000003290 00000 н 0000003878 00000 н 0000004097 00000 н 0000004496 00000 н 0000004533 00000 н 0000004855 00000 н 0000004969 00000 н 0000005081 00000 н 0000005428 00000 н 0000005541 00000 н 0000006981 00000 н 0000007114 00000 н 0000007580 00000 н 0000008139 00000 н 0000008673 00000 н 0000009299 00000 н 0000009554 00000 н 0000009581 00000 н 0000009890 00000 н 0000010139 00000 н 0000010271 00000 н 0000010298 00000 н 0000010865 00000 н 0000010997 00000 н 0000011153 00000 н 0000011405 00000 н 0000011772 00000 н 0000011889 00000 н 0000012003 00000 н 0000012308 00000 н 0000012566 00000 н 0000012953 00000 н 0000013119 00000 н 0000013626 00000 н 0000016276 00000 н 0000016346 00000 н 0000016453 00000 н 0000017887 00000 н 0000018149 00000 н 0000043359 00000 н 0000047143 00000 н 0000058107 00000 н 0000058361 00000 н 0000058477 00000 н 0000070192 00000 н 0000070448 00000 н 0000070877 00000 н 0000071350 00000 н 0000095214 00000 н 0000095299 00000 н 0000095369 00000 н 0000095473 00000 н 0000114241 00000 н 0000114513 00000 н 0000114838 00000 н 0000115206 00000 н 0000115686 00000 н 0000115856 00000 н 0000115931 00000 н 0000116261 00000 н 0000146246 00000 н 0000146680 00000 н 0000146943 00000 н 0000171050 00000 н 0000171120 00000 н 0000171147 00000 н 0000171481 00000 н 0000180414 00000 н 0000180670 00000 н 0000181063 00000 н 0000219664 00000 н 0000219703 00000 н 0000001816 00000 н трейлер ]/предыдущая 5118455>> startxref 0 %%EOF 304 0 объект >поток hb«`f`0a`g« [email protected]

Основные принципы твердотельных реле

Твердотельные реле и контакторы: как это работает?

Что такое твердотельное реле (ТТР)?

Это коммутационное устройство, использующее электронные компоненты.SSR не имеет абсолютно никаких движущихся частей. Вместо этого он использует электрические и оптические свойства твердотельных полупроводников, чтобы выполнять их входные и выходные функции изоляции и переключения.

Эта технология полностью отличается от электромеханических реле (ЭМР). Для включения и выключения ЭМИ используют катушки, магнитные поля, пружины и механические контакты.

Из чего состоит твердотельное реле celduc®?

 

Твердотельное реле состоит из двух основных частей:

1- входная цепь

2- схема включения

Также используется электрическая изоляция между входными и выходными контактами.

1- Входная цепь

Во входной цепи используется оптопара (или оптоизолятор).

Оптопара состоит из одного (или нескольких) инфракрасных светодиодов (соответствует передатчику) и светочувствительного устройства (также называемого фотосимистором, соответствует приемнику) в одном корпусе (изображение ниже) .

Роль оптопары состоит в том, чтобы изолировать вход от выхода . Компания Celduc® позаботилась о том, чтобы выбрать лучшие оптопары на рынке.

2- Цепь переключения

Цепь переключения — это компонент, позволяющий переключать электроэнергию на нагрузку.

  • Для твердотельных реле переменного тока это может быть либо симистор, либо встречно-параллельный тиристор (или кремниевый управляемый выпрямитель, SCR). Во включенных тиристорах celduc® используется технология TMS², что позволяет celduc® SSR иметь наилучший ожидаемый срок службы по сравнению с большинством продуктов на рынке.Этот высокий ожидаемый срок службы также достигается благодаря отделу исследований и разработок celduc®, который регулярно совершенствует производственный процесс, постоянно увеличивая число циклов.
  • Для твердотельных реле постоянного тока схема переключения может быть биполярным транзистором, МОП-транзистором или IGBT-транзистором.

Схема согласования гарантирует желаемый режим переключения путем обработки полученного входного сигнала и переключения выходной схемы .

Ассортимент твердотельных реле

Celduc® предлагает различные режимы переключения. Zero Cross, случайное или пиковое переключение.

  • Что касается реле пересечения нуля (или управления нулевым напряжением), питание переключается только в начале чередования, после применения управления. Действительно, переключение происходит только тогда, когда оно близко к нулю вольт. Рекомендуется использовать реле перехода через ноль для резистивных или емкостных нагрузок, поскольку они могут ограничить помехи di/dt в сети и увеличить ожидаемый срок службы нагрузки и реле.

 

  • Что касается случайных реле (или мгновенного управления), питание переключается только после подачи управляющего напряжения (со временем включения менее 100 мкс). Рекомендуется использовать случайные реле для всех индуктивных нагрузок, когда фазовые сдвиги между напряжением и током могут быть проблематичными для реле перехода через нуль. Случайные реле
    также используются, когда требуется точное управление мощностью нагрузки (например, приложения с фазовым управлением).

  • Что касается реле пикового пуска, питание переключается только при достижении пикового напряжения полупериода, следующего за применением управления. Рекомендуется использовать пиковые пусковые реле для управления трансформаторным типом индуктивных нагрузок насыщения. Это предотвратит насыщение трансформатора и выдержит значительные пики тока намагничивания.

 
Преимущества твердотельных реле celduc® (SSR) по сравнению с электромеханическими реле (EMR).
  • ОЖИДАЕМЫЙ ДОЛГИЙ СЛУЖЕБНЫЙ СРОК : Твердотельные реле не подвержены износу или деформации, поскольку они не имеют движущихся механизмов. При правильном использовании ТТР имеют в 200 раз больший срок службы по сравнению с электромеханическим реле (ЭМР).
  • ТОЧНОЕ ВРЕМЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ : SSR имеет возможность отключать нагрузки переменного тока при достижении нулевой точки тока нагрузки. Это полностью устраняет искрение, электрические помехи и дребезг контактов, возникающие при ЭМИ и индуктивных нагрузках.
  • НИЗКОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ : Твердотельному реле требуется только низкая мощность привода для переключения нагрузок большой мощности.
  • ОЧЕНЬ ВЫСОКАЯ ЧАСТОТА ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ : Твердотельное реле обеспечивает быстрое переключение и уменьшенный гистерезис (благодаря его большой способности переключения). Затем его можно использовать для очень точного контроля температуры.
  • БЕСШУМНАЯ РАБОТА : Твердотельное реле не создает акустического шума при изменении состояния выходов.Это действительно очень важно, когда речь идет о бытовом и медицинском использовании.
  • УДАРОСТОЙКОСТЬ И ВИБРАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ : Благодаря высокой устойчивости к ударам и вибрации при использовании твердотельной технологии отсутствует риск случайного переключения.
  • ПРЕДЛАГАЕТ БОЛЬШЕ ФУНКЦИЙ : Твердотельные реле предлагают больше возможностей с точки зрения диагностики, защиты и связи.
Что необходимо учитывать при использовании твердотельного реле.

Для правильной работы твердотельное реле должно достаточно охладиться, чтобы температура перехода в ядре силового элемента не превышала указанных значений.Эти значения обычно доходят до 125°C или 150°C в зависимости от силовых компонентов.

Охлаждение предотвратит слишком высокую температуру радиатора твердотельного реле (90 или 100°C).

Чтобы выбрать радиатор, соответствующий вашим потребностям, вы можете либо использовать расчет, либо обратиться к графикам, предоставленным celduc® relais в технических паспортах продуктов, которые доступны на сайте RS Components.

Широкий ассортимент твердотельных реле celduc®

celduc® производит широкий ассортимент твердотельных реле до 125 ампер.Ассортимент celduc® включает однофазные, двухфазные или трехфазные твердотельные реле, интерфейсные модули ввода/вывода, твердотельные реле для печатных схем, диагностические реле и твердотельные реле для управления нагрузками двигателя.

 

 
 
 
Типичные области применения твердотельных реле celduc®

celduc® SSR находят широкое применение благодаря своей надежности, бесшумной работе и длительному сроку службы.

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ :

  • Коммерческие машины для обработки пищевых продуктов
  • Литье пластмасс под давлением/экструзия
  • Печи
  • ОВКВ
  • Текстиль
  • Жилое отопление
  • Инфракрасный обогрев
  • Сушка
  • Термоформование
  • Паяльное оборудование

ЗАПУСК ДВИГАТЕЛЯ:

  • Насосы
  • Компрессоры
  • Конвейерные системы
  • Вентиляторы
  • Лифты
  • Лифты
  • Подъемники
  • Моторизованный тренажер

ОСВЕЩЕНИЕ:

  • Нагреватели
  • Муниципалитеты
  • Кинотеатры и сцены
  • Взлетно-посадочная полоса аэропорта
  • Улицы и проезжие части
  • Склады
  • Офисные помещения
  • Опасные места и маяки

АВТОМАТИЗАЦИЯ:

  • Интерфейсы автоматизации
  • Управление нагревательным элементом
  • Электроклапаны
  • Катушки контактора
  • Оптическая изоляция датчика.

РАЗНОЕ :

  • Силовые трансформаторы
  • Электромагниты
  • Импульсные источники питания
  • Регуляторы
  • Инверторы
  • Силовые преобразователи
  • Источники бесперебойного питания
  • Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности
  • Электромагнитные клапаны

Для получения дополнительной информации все каталоги и руководства по применению celduc® доступны здесь: https://www.celduc-relais.com/en/technical-library/catalogues-brochures/

Твердотельные реле

—//w3c//dtd html 4.0 transitional//en»>

Твердотельные реле
 Эллиот Саунд Продактс Твердотельные реле и способы их изготовления и использования

© 2020, Род Эллиотт (ESP)

Верхняя
Основной индекс Указатель статей
Содержимое
Введение

Многие заставят вас поверить, что электромеханические реле (ЭМР) устарели и больше не являются допустимым выбором конструкции.Другие с радостью порекомендуют вам его использовать, даже если очевидно, что он выйдет из строя из-за продолжительного искрения. Есть бесчисленное множество мест, где просто нет смысла даже рассматривать что-либо еще, и другие, где ЭМИ даже не следует рассматривать. Хотя можно простить мысль о том, что должен быть лучший способ включать и выключать вещи, во многих случаях ЭМИ является самым простым, дешевым и самым надежным способом сделать это. Будучи электромеханическими устройствами, электромагнит используется для притяжения подвижного куска стали (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, оно будет с нами еще много десятилетий.

Есть места, где ЭМИ не подходят, особенно при переключении высоковольтного постоянного тока при любом токе выше пары сотен миллиампер. В некоторых промышленных процессах используется легковоспламеняющаяся атмосфера (из-за газа или мелких взвешенных частиц), где дуга от ЭМИ может вызвать взрыв. Существуют полностью герметичные типы именно для этого типа использования, но, как и все дуговые контакты, они со временем изнашиваются.При каждом дуговом разряде контактов небольшое количество материала переходит от одного контакта к другому, что в конечном итоге может привести к отказу.

Изредка на сайтах форумов встречаются посты, в которых пытаются убедить незадачливого вопрошающего, что размыкание 96В на 20А и выше можно сделать с помощью обычного реле (ЭМИ). Сразу видно, что идиот, заявивший, что никогда не пробовал , должен был держать свои «идеи» при себе. Да, можно достать специализированные реле, которые может сделать , но они (по определению) не только специализированные, но и очень дорогие.Единственный вариант для строителей-любителей или конструкторов-любителей — использовать тщательно подобранный SSR. Должен быть также включен предохранительный выключатель соответствующего номинала (и предназначенный для этой цели).

Для каждой сложной проблемы есть ответ, который ясен, прост и неверен. Х. Л. Менкен

Недостаток понимания может легко привести к катастрофическим (и очень опасным) сбоям, и здесь нет простых ответов (см. выше). Надеюсь, это поможет объяснить, почему я вдаюсь в такие подробности — невозможно объяснить сложные проблемы простыми ответами.На сайте ESP есть и другие статьи, в которых подробно рассказывается об EMR, в том числе о более сложных приложениях …

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

В этой статье рассматриваются только «твердотельные» реле (ТТР), а существует несколько различных типов ТТР. Некоторые подходят для использования в аудио схемах, но большинство нет. Некоторые даже не следует использовать для включения трансформаторов (как объяснено ниже), хотя их характеристики могут навести вас на мысль, что они идеальны.

Существует множество неправильных представлений о пригодности (или непригодности) различных схем коммутации. Многие из них связаны с отсутствием понимания, особенно с трансформаторами. Цель этой статьи — предоставить сведения о различных типах SSR и о том, где их лучше всего использовать. Довольно легко описать каждый тип реле, потому что существует ограниченное количество коммутационных устройств, подходящих для этой задачи.

На многих веб-сайтах обсуждаются твердотельные реле, но здесь цель состоит не только в том, чтобы предоставить учебник для начинающих, но и в том, чтобы заглянуть глубже, чем где-либо еще.Есть много ловушек, которых необходимо избегать, чтобы обеспечить надежное переключение, и, как и во всех полупроводниках, тепло является врагом и должно быть устранено. Есть места, где SSR используются там, где можно было бы ожидать, что они будут работать вечно, но это не так. Поскольку электронные устройства обычно очень надежны, нам нужно изучить, 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 печатных платах, предназначенных для коммутации слабого сигнала или другого низкого напряжения, до больших модульных типов, которые используются для запуска электродвигателей и других сильноточных нагрузок.Вот некоторые из важных параметров …

  • Изоляция между цепью активатора и коммутационными устройствами позволяет низковольтным цепям безопасно управлять сетевым питанием
  • Твердотельные реле легко управляются микроконтроллерами, и в большинстве случаев в качестве «вспомогательных» компонентов требуется транзистор и пара резисторов.
  • Небольшой управляющий ток может управлять гораздо большим током через переключающие устройства
  • Существует ТТР, предназначенный для большинства (но далеко не всех) нужд в области электротехники или электроники.
  • ТТР (обычно) очень надежны при условии надлежащего управления температурой

Микроконтроллеру очень легко активировать маленькое твердотельное реле, которое 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, когда очень маленький ток (обычно достаточно 10 мА) может в конечном итоге привести к запуску или останову огромной машины или целой производственной линии.


1 — Основы SSR

Многие твердотельные реле активируются оптроном. Свет (обычно от инфракрасного светодиода) падает на фототранзистор, фотодиод, фотогальванический элемент или фототриак (или иногда на LDR — светозависимый резистор). Все эти устройства «выключены» в темноте, поэтому ток не течет.При освещении они либо переходят в состояние с низким сопротивлением, либо становятся «активными» и пропускают ток к переключающему устройству (устройствам). Существует несколько возможностей переключения, и выбор зависит от того, чего вы хотите достичь. Наиболее распространены …

SCR (кремниевый выпрямитель) — он же тиристор (только для переменного тока)
TRIAC — двунаправленный тиристор (только для переменного тока)
MOSFET — полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (переменного или постоянного тока, включая звук) IGBT — биполярный транзистор с изолированным затвором (переменного или постоянного тока)

Помимо EMR, SSR на полевых МОП-транзисторах являются единственными, которые можно использовать со звуком.Все остальные устройства, перечисленные в списке, вызывают грубое искажение , которое ухудшается по мере снижения уровня. МОП-транзисторы имеют довольно линейную омическую область (R DS-on ), вносящую некоторые искажения, но при удачно подобранных устройствах они будут минимальными. Поддержание R DS-on на как можно более низком уровне означает, что любые искажения сведены к минимуму.

Существуют также гибридные реле, сочетающие в себе лучшее из обоих миров. Например, реле защиты громкоговорителей почти всегда представляют собой ЭМИ, но они выйдут из строя, если напряжение постоянного тока превысит 35 В или около того.Это решается путем использования гибрида, имеющего EMR для передачи тока сигнала и SSR для отключения постоянного тока неисправности. Этот подход описан в разделе «Гибридные реле с использованием MOSFET, TRIAC и SCR», но подходящими кандидатами являются только MOSFET.

(Относительно) недавней разработкой является изолированная микросхема драйвера полевого МОП-транзистора Si8751/2. Это гораздо лучший вариант, чем фотогальванические соединители, потому что они по своей природе очень медленные из-за ограниченного тока, обеспечиваемого фотогальваническими элементами.Это устройство подробно обсуждается в статье Project 198 MOSFET Relay.

Большинство силовых твердотельных реле (т. е. предназначенных для коммутации сети переменного тока) используют симисторы или тринисторы в качестве коммутационного устройства и оптопару, такую ​​как MOC3052 (или более ранний MOC3022), для включения основного коммутационного устройства (устройств). Эти микросхемы существуют очень давно и являются основой коммерческих диммеров света почти столько, сколько я себя помню. Хотя эти устройства невероятно распространены, они не лишены недостатков (хорошо, в некоторых случаях они представляют собой настоящую проблему).MOC3052 — гораздо лучший выбор в новой конструкции, поскольку они более устойчивы к спонтанной проводимости.

Также доступно аналогичное устройство (например, MOC3042), имеющее встроенную логику, которая предотвращает включение опто-TRIAC, за исключением случаев, когда напряжение питания близко к нулю. Они известны как типы с «пересечением нуля», и, хотя они подходят для резистивных нагрузок, они не могут использоваться для диммеров и никогда не должны использоваться для подачи питания на трансформаторы. Пусковой ток трансформатора максимален, когда он включен при нулевом напряжении (или близком к нему) (формы сигналов, подтверждающие это, см. в серии статей «Трансформаторы»).Хотя многие люди думают, что переключение при нулевом напряжении лучше всего подходит для трансформаторов или двигателей, они ошибаются. Минимальный пусковой ток всегда достигается при подаче питания на пик формы сигнала напряжения.

Несмотря на то, что симисторы удобны, если вам требуется коммутация больших токов, следует использовать тринисторы. Они доступны со значительно более высокими токами (и напряжениями), чем симисторы, но, конечно, вы должны установить два устройства, а также несколько вспомогательных компонентов.И симисторы, и тиристоры имеют прямое напряжение в диапазоне 1–2 В, поэтому они рассеивают 1–2 Вт/ампер тока нагрузки. Это может показаться не таким уж большим, пока вам не нужно будет переключать 20 А, поэтому рассеивание составляет не менее 20 Вт для TRIAC (или 2 × 10 Вт для SCR). Вы можете купить целые модули (некоторые довольно дешево), и у них есть одна общая характеристика — у них есть металлическая опорная пластина, предназначенная для установки на радиатор.

Действительно, это главный недостаток SSR в целом. Контакты (и внутренняя структура) ЭМИ на 20 А, вероятно, будут иметь сопротивление менее 10 мОм, а вся структура будет рассеивать около 4 Вт при номинальном токе.Это не требует охлаждения, так как сама конструкция сможет рассеивать выделяемое тепло. Большинство твердотельных реле будут рассеивать не менее 20 Вт при тех же условиях, а поскольку переключение осуществляется полупроводниками, температура их переходов должна поддерживаться ниже максимально допустимой (как описано в техническом описании).

Тем не менее твердотельные реле имеют явные преимущества во многих приложениях, и комбинация этих двух технологий (гибридное реле) может быть лучшим выбором для минимизации требований к радиатору, отсутствия дугового разряда и поддержания очень низкого электрического шума.Дуги очень шумные с точки зрения электричества — они использовались как первая форма радиочастотной передачи. Гибридное реле является более сложным, и во многих случаях дополнительные затраты (и занимаемое пространство) могут быть неоправданными.


2 — ЭМИ Против. ССР; Преимущества и недостатки

У любой технологии есть свои преимущества и недостатки. Это особенно верно в тех случаях, когда «зрелая» технология существует так долго и остается жизнеспособной даже в условиях жесткой конкуренции.Атрибуты, показанные ниже, несколько упрощены, но они покрывают большинство различий. По конструкции ЭМИ имеют катушку, которая представляет собой индуктор. Это вызывает обратную ЭДС, когда ток катушки прерывается, а механическая инерция означает, что всегда есть задержка для включения и выключения. TRIAC и SCR SSR не выключаются, пока ток нагрузки не упадет до нуля, но могут быть активированы почти мгновенно (максимум несколько микросекунд).

Электромагнитный Твердотельный

Механические части, подверженные износу Нет движущихся частей
Сравнительно медленный (10-20 мс) Может быть почти мгновенным
Дрожание контактов происходит при замыкании контактов Отсутствие дребезга контактов (нет контактов)
Невосприимчивость к кратковременным повреждениям/статическим разрядам Может быть повреждена переходными процессами
Очень низкое рассеивание мощности при контакте Рассеивание зависит от тока нагрузки
Мало или совсем нет тепла, радиатор не нужен Может потребоваться радиатор, если рассеиваемая мощность превышает 1 Вт
Отличная устойчивость к кратковременным перегрузкам Может быть поврежден при кратковременных перегрузках
Катушка требует значительной мощности Обычно очень низкие требования к приводу
Эрозия контактов из-за искрения Дуги нет, так как нет физических контактов
Даже «маленькие» реле физически велики Маленькие реле доступны в виде миниатюрных интегральных схем SMD
Не подходит для высокого напряжения/тока постоянного тока Идеально подходит для постоянного тока при любом напряжении или токе
Очень широкий диапазон, охватывающий большинство применений Ограниченный диапазон, но улучшающийся
Практически нулевой электрический шум при включении и выключении Может быть электрический шум, в зависимости от используемой технологии
Слышен шум при работе Нет слышимого шума
Недорогие и легкодоступные Обычно более дорогие/менее доступные
Может быть пригодным для использования с защитными выключателями (см. техпаспорт) Как правило, не подходит для критически важных приложений
Практически нулевой ток утечки в выключенном состоянии Ток утечки всегда существует (обычно измеряется в мкА или мА)
Типы общего назначения могут использоваться (почти) где угодно Требуют выбора по назначению (например,грамм. AC, DC, аудио)

Поскольку твердотельное реле не имеет движущихся частей, механический износ невозможен. Теоретическая жизнь бесконечна, но этого нельзя достичь по достаточно очевидным причинам. Однако они также чувствительны к теплу, и для поддержания температуры перехода ниже максимально допустимой (обычно около 150°C) необходимо обеспечить охлаждение. Потребность в радиаторе возникает гораздо раньше, чем ожидалось — корпусу, находящемуся на открытом воздухе, трудно рассеивать мощность свыше 1 Вт, особенно если он заключен в корпус с небольшим воздушным потоком.ЭМИ обычно имеют гораздо меньшие внутренние потери в контактах и ​​внутренней структуре, и охлаждение не требуется для любого примера, с которым вы, вероятно, столкнетесь. У некоторых и есть вентиляционные отверстия, которые можно открыть после автоматической пайки и промывки, но у большинства нет.

Engineering — это поиск компромиссов для нахождения наилучшего решения с наименьшими затратами (первоначальными и эксплуатационными). Любой, кто завышает все параметры для повышения надежности без учета затрат, либо работает на военную/авиакосмическую организацию, либо постоянно ищет работу.DIY — это другое, но в конечном итоге бюджетное давление всегда будет налагать 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 постоянным током (например, Project 33), EMR обычно является лучшим выбором (но только если напряжение питания усилителя не превышает ±35 В постоянного тока для стр. 33).

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

Твердотельные реле на основе TRIAC и SCR не подходят для для использования с электронными нагрузками, включая такие как компактные люминесцентные и самые ранние светодиодные лампы. В некоторых случаях может показаться, что работает как , но если изучить форму сигнала сетевого тока, вы можете увидеть всплески тока в несколько ампер. происходит каждый полупериод — для одной лампы! Это (не может — будет ) в конечном итоге приведет к выходу из строя лампы, твердотельного реле или того и другого.Электронные нагрузки должны быть только или . переключаться с помощью электромеханических или MOSFET-реле, и должны быть тщательно протестированы как полная установка и проверены, чтобы гарантировать, что работа безопасна как для реле, так и для нагрузки.

Вышеприведенное предупреждение нельзя игнорировать. Использование электронных нагрузок и обычных диммеров TRIAC было проблемой с момента появления компактных люминесцентных ламп и остается со светодиодными лампами, в которых также используется импульсный источник питания (электронная нагрузка).Во многих новых лампах эта проблема до некоторой степени решена, но для достижения оптимальных характеристик следует использовать 3-проводной диммер с задним фронтом. См. Проект 157, 3-проводной диммер с задней кромкой для получения подробной информации о диммере, который работает с любой диммируемой лампой (включая лампы накаливания).

Трансформатор, за которым следуют мостовой выпрямитель и фильтрующие конденсаторы, отличается, и можно использовать симистор , обычно , потому что ток намагничивания будет больше, чем ток фиксации или удержания.Подробнее об этих параметрах см. в разделе, посвященном твердотельным реле TRIAC. Если вы планируете использовать TRIAC с трансформатором, вы должны тщательно протестировать его перед использованием, чтобы убедиться, что он работает корректно. Тороидальные трансформаторы имеют меньший ток намагничивания, чем типы E-I, что делает испытания еще более важными.

ЭМИ

обеспечивают полную изоляцию сигнала (включая сеть) с токами утечки, которые возникают исключительно из-за используемых изоляционных материалов. Даже при напряжении сети 230 В можно ожидать, что утечка будет составлять не более нескольких наноампер.SSR (все они) имеют некоторую утечку и не могут полностью изолировать. Хотя ток утечки вряд ли будет опасным, не стоит рисковать, так как любой полупроводник может выйти из строя, если/когда он выйдет из строя. Контакты реле тоже могут залипать, поэтому никогда не работайте с какими-либо схемами, питающимися от сети, если только они не изолированы от сети — либо путем отключения от сети, либо (если вы должны работать с под напряжением) изолирующим трансформатором. Конечно, вы все равно можете умереть, поэтому только квалифицированные специалисты должны работать с когда-либо от сети под напряжением!


3 — Реле МОП-транзистора

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 коммутационных устройств не может этого сделать. Существуют полевые МОП-транзисторы с таким низким сопротивлением (R DS-on ), что они будут рассеивать очень небольшую мощность даже при большом токе. Если вы стремитесь к устройству с 10 мОм R DS-на , каждый полевой МОП-транзистор будет рассеивать только 1 Вт при среднем токе 10 А, что эквивалентно 400 Вт на нагрузке 4 Ом (типичная пиковая мощность будет более 2,4 кВт!).

Помимо краткого описания здесь, я не буду вдаваться в подробности о реле MOSFET, потому что эта тема подробно освещена в статье Твердотельные реле MOSFET и проект 198.Схема P198 должна быть особенно привлекательной, потому что все было оптимизировано с использованием новейшей и (по крайней мере, пока) лучшей из доступных микросхем изолированного драйвера. Плата и компоненты имеют очень разумную цену, хотя конечный результат будет стоить больше, чем EMR. Тем не менее, он может работать с любым вероятным постоянным напряжением и/или током, которые могут вам понадобиться, просто выбрав оптимальные МОП-транзисторы.


Рис. 3.1. Проект ESP 198 MOSFET-реле

На фотографии показана готовая плата P198, в данном случае оснащенная полевыми МОП-транзисторами DS-on со сверхнизким сопротивлением 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 (передний или задний фронт) или регулятора скорости малого асинхронного двигателя (режим переднего фронта , только ). В показанном реле используется микросхема Si8752, которая действует как светодиод для схемы управления. МОП-транзисторы выбираются в соответствии с приложением — высокое напряжение (относительно) низкий ток или наоборот.Те, что показаны на рис. 3.3, приведены только в качестве примера.


Рисунок 3.2 – Схема реле MOSFET проекта 198 ESP

Единственное достоинство следующей схемы — простота, но для большинства задач она принципиально бесполезна. Питание 12 В требуется для оптопары, которая имеет максимальное номинальное напряжение коллектор-эмиттер 30 В (с открытой базой). Это означает, что вы не можете использовать основной источник питания, если он больше 30 В, но вы, , можете использовать стабилитрон для получения питания +12 В.Если вам нужно «настоящее» реле MOSFET для постоянного тока, то вам гораздо лучше использовать схему, показанную на рис. 3.1, с одним MOSFET. Конечно, он чувствителен к полярности, но ограничений по напряжению нет, и он может быть на стороне питания нагрузки, что сложнее сделать с упрощенными версиями. Есть много других возможностей, но они не являются схемами «общего назначения» и обычно встраиваются в окончательную схему.


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, при этом единственные ограничения по напряжению, току и мощности налагаются используемым MOSFET.Хотя рис. 3.3 действительно (вроде как) квалифицируется как реле MOSFET, на самом деле это всего лишь переключатель, и для его работы требуется источник постоянного тока. Если питание +12 В плавающее (относится к источнику MOSFET), то схему можно использовать где угодно (на стороне высокого или низкого уровня), но обеспечение дополнительного источника питания требует дополнительных затрат и означает, что используется больше деталей. . Диод (D1) не обязателен и необходим, если нагрузка индуктивная.

Реле

MOSFET также можно включать и выключать с помощью ИС фотогальванических оптронов — светодиод светит на группу крошечных фотоэлементов, которые генерируют достаточное напряжение для включения MOSFET (ов).К сожалению, они находятся где-то между медленными и невероятно медленными , в зависимости от емкости MOSFET. Медленное переключение означает большие потери в течение периода переключения. У некоторых есть схема, обеспечивающая быстрое выключение, но вы ничего не можете сделать, чтобы заставить их быстро включаться (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.Это может быть достаточно быстро для некоторых приложений. но это слишком медленно для других.

Примером фотогальванической оптопары является Toshiba TLP591B, но есть и много других. У всех одинаковые ограничения, и они недешевы (около 5 австралийских долларов каждый). Иногда можно использовать небольшой импульсный источник питания для обеспечения питания, которым затем можно управлять с помощью стандартной фототранзисторной оптронной пары, но это дорого и громоздко. Если вам нужно полностью изолированное реле MOSFET, трудно найти что-то, что превзойдет схему Project 198.Его можно использовать с переменным или постоянным током, как показано, но для постоянного тока требуется только один полевой МОП-транзистор (другое положение закорочено между стоком и истоком).


Рис. 3.4. Реле фотогальванического полевого МОП-транзистора

Фотогальванические 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», так что, по крайней мере, рассеяние сводится к минимуму при выключении твердотельного реле. Выходное напряжение VOM1271 составляет всего 8 В.9 В с током светодиода 30 мА, с током короткого замыкания 47 мкА. Для пары МОП-транзисторов с общей входной емкостью 8,4 нФ (пара МОП-транзисторов IRFP460, как показано) может потребоваться до 6 мс для достижения полной проводимости, в зависимости от тока нагрузки и напряжения питания. Общая входная емкость равна емкости затвор-исток плюс емкость Миллера (сток-затвор), и последняя может создавать «интересные» эффекты.

В частности, рассеяние устройства может быть очень высоким во время критического периода включения, хотя обычно оно длится всего несколько миллисекунд.В отличие от интегральных схем Si8751/2, в них отсутствует схема фиксации Миллера, предотвращающая включение полевых МОП-транзисторов при подаче напряжения питания с быстрым временем нарастания. В статье MOSFET Relays описывается схема для создания дискретного зажима Миллера, если это окажется необходимым. В статье также показано, как сделать схему выключения, используя резистор 2,2 МОм и JFET.

Вы заметите, что стабилитрон на 12 В включен во все схемы MOSFET и IGBT . Это включено для защиты изоляции затвора, которая легко повреждается перенапряжением, каким бы оно ни было.Это дешевая страховка, и я не рекомендую исключать ее из схемы.

Вы также можете получить встроенные реле MOSFET, обычно в корпусе с шестью или восемью контактами. Примером может служить LCA110, рассчитанный на 350 В со среднеквадратичным значением до 100 мА или 200 мА постоянного тока, и существует множество подобных устройств. Этот тип ИС почти всегда использует фотогальваническую оптопару, а время включения / выключения довольно медленное — 3 мс указаны для тока светодиода 5 мА. TLP592A(F) — еще один, рассчитанный на 60 В переменного/постоянного тока и 500 мА среднеквадратичного значения или 1 А постоянного тока.Время включения указано как 2 мс (макс.), а выключение — 500 мкс (макс.). Существует множество подобных устройств, многие из которых используют схему, подобную показанной на рис. 3.4 (но обычно без схемы «выключения»). Я ожидаю, что стабилитрон включен внутри, но он не упоминается в таблицах данных.


3.1 — Перекидные или нормально закрытые твердотельные реле

Большинство SSR обычно разомкнуты и требуют сигнала для включения. Это очень отличается от EMR, которые могут обеспечивать как нормально открытый (NO), так и нормально закрытый (NC) режим, включая типы переключения.Можно использовать полевые МОП-транзисторы с режимом истощения, но они гораздо менее доступны, чем типы с режимом улучшения, и имеют ограниченный диапазон номинальных значений напряжения и тока. Большинство из них также намного дороже для аналогичных рейтингов, поэтому нормально закрытые твердотельные реле встречаются редко. Это неприятно, потому что нормально замкнутые реле используются во многих приложениях.

Эквивалентом является использование стандартного MOSFET, IGBT, SCR или TRIAC SSR, который обычно имеет питание, поэтому он включен по умолчанию. Выключить его означает снять сигнал привода.Если пара твердотельных реле используется для обеспечения функции переключения (SPDT — однополюсный, двухпозиционный на языке EMR), вы должны убедиться, что имеется встроенная задержка. Поскольку переключение может быть почти мгновенным, любое перекрытие (при частичном включении обоих реле) может привести к серьезной неисправности цепи. Это особенно верно для типов TRIAC и SCR, используемых с переменным током, потому что набор, который проводит, будет продолжать делать это, пока ток не упадет до нуля. Для этого может потребоваться задержка до 10 мс, чтобы убедиться, что проводящее твердотельное реле действительно выключено.Если вам нужна эта функциональность, рекомендуется использовать контрольную схему для блокировки непроводящего SSR до тех пор, пока другой полностью не отключит проводимость.


4 — БТИЗ реле

Хотя IGBT могут показаться идеальными для реле, они могут иметь некоторые недостатки по сравнению с MOSFET. Может показаться, что недостатком является скорость — MOSFET 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 показано несколько примеров, выбранных только для одного и того же напряжения, тока и аналогичной номинальной мощности. Каждый полевой МОП-транзистор будет рассеивать 103 Вт при токе 30 А, а IGBT — только 55,5 Вт. Однако обратите внимание, что предел рассеяния находится при 25 °C, и в техническом описании будет указан коэффициент снижения номинальных характеристик для повышенных температур. Подобно МОП-транзисторам, где повышение температуры увеличивает R DS-on , падение напряжения на IGBT (V CE-sat ) также увеличивается с повышением температуры. Однако это проблема только при очень большом токе — при малом токе (т.грамм. 5A через IGBT на 30A) обычно остается довольно постоянным.

Технология Типовой № Номинальные параметры Падение В при 30 А Стоимость (2020)

MOSFET R6030ENZ4C13 30A, 600V, 305W 3.45V (104W) AU $ 7.80
БТИЗ STGW30V60F 30 А, 600 В, 260 Вт 1.85 В (56 Вт) 6,19 австралийских долларов

Показанные выше только примеры, но вы можете получить IGBT, которые могут выдерживать переходные токи до 570 А и напряжения до 2,5 кВ (хотя и не в одном и том же 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 допустимой рассеиваемой мощностью в зависимости от температуры, и каждый раз, когда вам нужно переключать значительный ток, вам понадобится радиатор.Добавление большого алюминиевого радиатора (вероятно, с вентилятором для обеспечения наилучшего возможного охлаждения) никак не влияет на видимое уменьшение размера по сравнению с большим ЭМИ или контактором.


Рис. 4.1. Реле ESP Project 198 MOSFET с использованием БТИЗ

Доступно очень мало реле IGBT. Кажется, нет никаких причин, по которым вы не можете использовать плату Project 198 с IGBT (хотя я этого не проверял), но она не может переключать звук, а для приложений переменного тока IGBT должны иметь ‘ встречно-параллельные (иначе свободные) диоды.Некоторые делают, некоторые нет. Без них IGBT почти наверняка будут разрушены при подаче переменного тока. Хотя использование IGBT может дать некоторые преимущества для определенных приложений, большую часть времени P198 будет использовать MOSFET, как и было задумано.

Показанные IGBT (NGTB15N60S1EG) приведены только в качестве примера, в данном случае они выбраны из-за встроенного встречно-параллельного диода, а не из-за каких-либо конкретных характеристик. Печатная плата не была рассчитана на ток, который могут выдержать эти устройства (30 А), но это недорогое устройство (2,5 австралийских доллара).20 в 2020 году) и, вероятно, хорошо послужит для переключения сети. Напряжение насыщения составляет 1,75 В (типичное), поэтому оно будет рассеивать 17,5 Вт при 10 А (это относится к , а не к , включая диоды, поэтому общее рассеивание будет ближе к этому. Это ожидается для IGBT в целом. Обратите внимание, что TRIAC SSR будет рассеивать около 10Вт при том же токе.

То же самое, конечно, можно использовать и для постоянного тока, и нужен только один IGBT. Если используется печатная плата P198, другое положение устройства просто замыкается между коллектором и эмиттером (эквивалентно стоку и истоку для MOSFET).


5 — Реле TRIAC

TRIAC SSR (почти буквально) так же распространены, как и грязь. Они существуют уже много лет и доступны в виде готовых модулей. С номинальным током от 200 мА до 70 А можно найти симистор, который удовлетворит ваши требования. Однако будьте очень осторожны при заказе модулей или микросхем драйверов, так как они бывают двух разных «разновидностей». Типы переключения при нулевом напряжении (ZVS, также известные как ZC — пересечение нуля) очень распространены, и часто номер детали не указывает, что реле использует ZV или «случайное» переключение.Несмотря на то, что вы можете подумать, трансформаторы и двигатели никогда не должны включаться с помощью реле ZVS TRIAC (или SCR). Это гарантирует максимально возможный (наихудший случай) пусковой ток … при каждом включении!

Это задокументировано (с осциллограммами) в статьях о трансформаторах, и я использовал специально разработанную систему переключения, которая позволяет включать напряжение при пересечении нуля или пике формы волны переменного тока. Для обеспечения минимального пускового тока питание должно подаваться при пиковом напряжении переменного тока (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 специализированных промышленных поставщиков, и они очень сдержанно раскрывают подробности. Реле TRIAC с так называемым «случайным» переключением могут быть включены в любой момент в течение цикла, за исключением момента пересечения нулевого напряжения, поскольку нет доступного напряжения запуска (или тока).

Что такое именно это TRIAC? Они описываются как подмножество серии тиристорных (SCR) устройств и фактически представляют собой пару тиристоров, установленных «спина к спине» (с измененной топологией затвора).SCR является твердотельным эквивалентом оригинального газового тиратрона [ 1 ] (переключающий клапан). Они выглядят как вакуумные лампы (но не являются ими), потому что внутри они используют газ. Термин «тиристор» представляет собой комбинацию слов «тиратрон» и «транзистор», а тиристоры стали коммерчески доступны в 1958 году. Тиристор — это двунаправленная версия базового тиристора (название происходит от «TRI», что означает три, а переменный ток — переменный ток). ) и может коммутировать переменный ток с помощью одного устройства (для коммутации переменного тока с помощью SCR необходимо два).SCR и TRIAC были впервые разработаны компанией General Electric [ 4 ] . Хотя симисторы в принципе кажутся достаточно простыми, существует множество соображений относительно их надежной работы.

Характеристика включения симистора (и тиристора) является рекуперативной — по мере потребления тока устройство включается быстрее, что приводит к очень быстрым переходам напряжения и тока. Если напряжение на устройстве высокое, скорость включения (и амплитуда гармоники) такова, что может создавать электрические помехи в диапазонах МГц, и многие схемы, использующие симисторы (например,грамм. современные диммеры) требуют радиочастотной фильтрации для снижения электрических помех. Регенерация — это еще одно слово для положительной обратной связи.


Рисунок 5.1 – Квадранты срабатывания TRIAC

Одним из менее известных аспектов TRIAC является то, что они чувствительны к полярности. Теоретически не имеет значения, является ли сигнал запуска положительным или отрицательным, независимо от полярности входящего сигнала, однако это не совсем так. На приведенном выше рисунке показаны четыре возможных квадранта для проводимости, и квадрант IV вызывает затруднения.Если основная клемма 2 (MT2) имеет отрицательную полярность, положительное напряжение затвора включит симистор, но он нечувствителен по сравнению с квадрантами I-III. Стоит отметить, что некоторые симисторы специально разработаны для , чтобы исключить запуск Q4. Их часто называют симисторами «Snubberless », поскольку исключение запуска Q4 устраняет многие проблемы, связанные с этим режимом запуска. Вы также можете увидеть, что они упоминаются как «Альтернистор » или симистор 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», эквивалентные MT1 и MT2 (главный терминал 1, главный терминал 2). Обозначение «А» означает «анод», что может ввести в заблуждение, поскольку спорно, являются ли эти клеммы анодами или катодами. Тем не менее, если вы видите TRIAC, обозначенный A1 и A2, они эквивалентны MT1 и MT2, а затвор обозначается A1 или MT1.


Рис. 5.2 — Внутренняя схема и фото симисторного реле

На рис. 5.1 показан упрощенный чертеж серийного TRIAC SSR вместе с фотографией примера. Тот, что показан, имеет только относительно низкий ток (400 В пик 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, наиболее известны, и их можно использовать отдельно для слаботочных приложений.Их можно использовать с током до 100 мА, но предпочтительнее меньший ток для предотвращения перегрева (50 мА при 70°C). Также доступны версии, включающие логику ZVS. Их иногда называют «ZC» и «NZC» — с пересечением нуля и без пересечения нуля.


Рисунок 5.3 – Схема TRIAC SSR

Питание оптопары осуществляется от источника тока (Q1, Q2, R3), который поддерживает постоянный ток через оптопару во всем диапазоне входного напряжения (5-20 В пост. тока). Регулятор тока, который гарантирует, что оптопара получает одинаковый ток при наличии управляющего напряжения, независимо от напряжения (в разумных пределах).С R3 на 56 Ом ток составляет около 12 мА. В индикаторе нет ограничителя тока, но при желании его можно включить (или можно не включать индикатор). Регулятор тока не нужен, если управляющее напряжение фиксировано — вам нужно только использовать последовательный резистор, чтобы поддерживать ток оптопары в пределах 10-15 мА. Q1/Q2 может быть любым NPN-транзистором с малым сигналом, который у вас есть — это не критично. В худшем случае рассеяние составляет менее 170 мВт при входном напряжении 15 В. Демпфер и MOV не являются обязательными и требуются только в том случае, если у вас есть индуктивная нагрузка и/или шумная сеть.

Схема включает схемы, предназначенные для работы с индуктивными нагрузками, и она была упрощена за счет использования резисторов одинакового номинала во всех местах запуска. Это может потребовать регулировки при проблемных нагрузках. В некоторых случаях это может привести к серьезным нарушениям в работе, поэтому дополнительные RC-цепи действуют как демпферы, ограничивая DV/Dt, применяемые к TRIAC, и запускают IC. Второй снаббер (C2, R7) может подвергаться чрезвычайно быстрым переходам, поэтому и резистор, и конденсатор должны быть импульсными.Пиковый ток в этой сети составляет около 1,2 А при напряжении сети 230 В, поэтому пиковое рассеивание на резисторе R7 может достигать 70 Вт. Это очень недолговечно, но вам нужно использовать резистор из углеродного состава . Эти резисторы предназначены для импульсных применений.

Для этого доступны выделенные сети R/C

, обеспечивающие обе части в одном компоненте. В показанном примере используется металлизированный бумажный конденсатор, и устройство может выдерживать импульсный ток 12 А. Также могут использоваться дискретные (импульсные) части.Не думайте, что вы можете использовать конденсаторы X2 или даже X1, так как они представляют собой металлизированные пленочные конденсаторы, они не рассчитаны на импульсный режим и выйдут из строя. Выживут только конденсаторы , специально разработанные для сильноточных импульсных приложений. Пиковый ток через снаббер зависит от напряжения переменного тока и места его включения, но в худшем случае он достигает нескольких ампер, что приводит к чрезвычайно высокому мгновенному рассеиванию. При напряжении 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 собирает самодельный TRIAC SSR, который будет вести себя при любой нагрузке, я предлагаю использовать TRIAC без снаббера. Примером может служить BTA26-800CWRG, 25 А, 800 В, 3-квадрантный симистор. Конечно, есть много других, и большую часть времени вам не нужно быть придирчивым. Недостатком «стандартных» симисторов является то, что снаббер обычно необходим, если нагрузка является индуктивной.Использование MOV (металлооксидного варистора) является необязательным и в большинстве случаев необязательным.

TRIAC

(и SCR, описанные далее) имеют минимальное требование по току (называемое «ток удержания»), ниже которого они выключаются. Это может варьироваться от нескольких миллиампер до 500 мА для сильноточных типов. Если ваша нагрузка не потребляет достаточного тока, симистор может не достичь тока фиксации и не останется включенным после окончания триггерного импульса. Любая ситуация может привести к неожиданному прекращению проводимости реле TRIAC (или SCR).Они также имеют максимальную скорость изменения напряжения (называемую DV/Dt или ΔVΔt, также известную как критическая скорость нарастания напряжения в выключенном состоянии), и если приложенное напряжение возрастает быстрее максимально допустимого, симистор будет проводить ток. Обычно параллельно с TRIAC используется демпфирующая (резисторно-конденсаторная) цепь для ограничения DV/Dt и предотвращения спонтанной проводимости. Вы также должны знать о критическом увеличении 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 сигнала проводимости TRIAC SSR

Эти устройства по своей природе несколько электрически шумны. Пики на переднем фронте, видимые на осциллограмме, указывают на очень быстрые переходы, а это означает, что должен присутствовать высокочастотный электрический шум. Эти всплески узкие (около 100 мкс, но с 90 311 очень быстрыми переходами по мере проведения TRIAC), что обеспечивает расширение генерируемых частот до нескольких МГц. Показанная форма волны была получена от FOTEK SSR-25-DA TRIAC SSR.Это тип ZVS, рассчитанный на 25 А при напряжении до 380 В переменного тока. Форма сигнала была получена при напряжении 40 В переменного тока и нагрузке 8 Ом — 5 А RMS. Как и ожидалось, прямое напряжение составляет 1 В и очень мало меняется в зависимости от тока. Рассеяние составляет 1 Вт/А, поэтому во время моего теста он рассеивал 5 Вт.

Всплески в начале каждого полупериода показывают, что должно присутствовать определенное напряжение (минимум 5 В пик), чтобы TRIAC мог 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 (половина волны).Использование его для нагрузки с низким напряжением или низким током не будет работать, и он перестал «нормально» проводить ток при токе нагрузки менее 100 мА. Это совершенно не похоже на ЭМИ, который нормально работает практически при любом напряжении или токе в пределах своих номиналов.

Симисторы

никогда не должны работать с какой-либо нагрузкой, которая потребляет меньше тока фиксации в наихудшем случае (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 значение для наихудшего случая, особенно при сложных нагрузках (например, реактивных или электронных нагрузках). Это означает около 20 ВА при напряжении сети 230 В или 10 ВА при 120 В. Есть все шансы, что он будет работать при меньшей нагрузке, но при некоторых нагрузках проводимость может быть нестабильной.

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


Рисунок 5.5 – Пример сетевого выключателя TRIAC

В приведенном выше примере переключатель должен выдерживать только несколько миллиампер, в то время как TRIAC можно использовать для переключения очень большого силового трансформатора. Обычно для этого требуется сверхмощный переключатель, но из эстетических соображений многие дизайнеры предпочитают использовать миниатюрный переключатель. Он по-прежнему должен быть рассчитан на сетевое напряжение, но резкое снижение силы тока означает, что даже выключатель с легким режимом работы, вероятно, переживет оборудование.Для симистора может потребоваться радиатор, если потребляется постоянный большой ток (1 Вт/А типично для большинства симисторов). R2 и демпфирующая сеть являются необязательными и могут (а могут и не быть) необходимыми в проекте.

С симистором BT139F-600, как показано, для всего, что превышает средний ток 1 А, потребуется радиатор (помните, симисторы рассеивают 1 Вт/А). Суффикс «F» означает, что это «полный пакет» (полностью изолированный) пакет, поэтому слюдяные шайбы и изолирующие втулки не нужны (и это очень плохая идея, если вы изолируете сетевое напряжение).Вы должны использовать термопасту между симистором и радиатором. Необходимо позаботиться о том, чтобы выводы TRIAC имели соответствующие пути утечки и зазоры, чтобы они не могли закоротить радиатор, которым часто будет шасси, если оно сделано из алюминия. Установка должна иметь крышку для предотвращения случайного прикосновения, а для подключения к выключателю должен использоваться сетевой кабель.


6 — Реле SCR

Во многих отношениях SCR (кремниевый управляемый выпрямитель) SSR аналогичны типам TRIAC, и для их управления могут использоваться те же фото-TRIAC оптопары.Есть преимущества в использовании SCR, а не TRIAC, особенно с точки зрения текущей емкости. 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 за штуку (цена 2020 года) пара может выдержать огромную нагрузку. С пиковым номинальным током 650 А (10 мс) он может выдерживать гораздо больший ток, чем может обеспечить любая бытовая розетка. Ток запуска составляет 50 мА (макс.) при 25°C.

На следующем рисунке показано SSR с парой SCR.Этот рисунок очень похож на тот, что показан выше (рис. 5.3), но изменен для использования SCR. SCR SSR несколько менее восприимчив к ложной или спонтанной проводимости, поэтому нет необходимости в триггерных демпфирующих сетях. Тиристоры доступны с гораздо более высокими токами, чем симисторы (последние ограничены примерно 40 А), в то время как тиристоры могут выдерживать 2000 А и более (что несколько выходит за пределы диапазона схем DIY). Номинальные напряжения также намного выше, до 2,6 кВ — они, как правило, недоступны для самостоятельного изготовления и требуют более сложных триггерных цепей.Как и ожидалось, они здесь 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 можно было бы использовать в версии DIY. Они по-прежнему могут выдерживать среднеквадратичное значение 20 А для пары и могут обеспечивать пиковый ток 200 А в течение 10 мс. Одно из самых больших преимуществ использования SCR вместо TRIAC заключается в том, что мощность распределяется между двумя устройствами, поэтому их легче охлаждать из-за эффективного уменьшения теплового сопротивления вдвое.Регулятор тока такой же, как и на рис. 5.3. Как и в версии TRIAC, демпфер и MOV не являются обязательными и требуются только в том случае, если у вас есть индуктивная нагрузка и/или шумная сеть.

SCR имеют полупроводниковую компоновку PNPN с дополнительной легированной секцией для создания затвора. На удивление легко сделать SCR, используя пару транзисторов. 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 переходы.Время включения очень быстрое, потому что два транзистора работают в положительной обратной связи. Согласно симулятору, проводимость начинается в течение 15 нс после подачи запускающего импульса, а время нарастания тока нагрузки составляет менее 18 нс.


Рис. 6.2. Самодельный тиристор, изготовленный из двух транзисторов

Хотя эта схема непрактична для силовых цепей, стоит помнить, если вам когда-нибудь понадобится слаботочный, высокочувствительный защелкивающийся переключатель. Как и все SCR, он имеет минимальный ток удержания.В данном случае это около 65 мкА, установленное резисторами R1 и R2. Однако ожидать, что он будет работать при токе менее 5 мА, вероятно, неразумно. При любом токе от 7 мА до 50 мА напряжение на «тиристорах» остается на уровне около 800 мВ. Это зависит от используемых транзисторов (для моделирования я использовал BD139 [NPN] и BD140 [PNP]). Диод предотвращает десенсибилизацию цепи резистором «затвора» (и увеличение требуемого удерживающего тока). В отличие от «настоящего» SCR, транзисторную версию можно отключить. Доступны тиристоры GTO (затвор выключения), но для этого требуется мощный отрицательный импульс затвора.

Важно понимать, что реле SCR (наряду с симисторами) имеют некоторый ток утечки, который указан в техническом паспорте. Если параллельно реле включена демпфирующая цепь R/C, она увеличивается в зависимости от емкости и частоты. Например, конденсатор емкостью 10 нФ будет пропускать 722 мкА на частоте 50 Гц, и это может быть больше, чем вы получите из-за обратной утечки «выключено». Тиристоры серии BT152 имеют максимальную характеристику 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 сетевого напряжения.Это одна из причин, по которой , а не , используют их в качестве защитного отключения.

Один тиристор также может переключать переменный ток, используя его между клеммами +ve и -ve мостового выпрямителя, при этом одна клемма переменного тока используется как вход, а другая как выход. Сильноточные тиристоры дешевле и имеют меньшую рассеиваемую мощность, чем сильноточные мостовые выпрямители, поэтому это бесполезный метод и здесь не показан.


7 — Пересечение нуля, случайное, пиковое переключение и импульсный привод

В приведенных выше описаниях упоминались пересечение нуля, случайное и пиковое переключение.Реле MOSFET (и IGBT) всегда являются «случайными», если не включены дополнительные схемы. Детекторы пересечения нуля подробно обсуждаются в статье AN-005 — Детекторы пересечения нуля, и аналогичные схемы включены в микросхемы драйверов ZCS TRIAC. Очевидно, что вы не можете включить TRIAC или SCR, когда напряжение на самом деле ноль, и большинство из них имеют пороговое значение до 35 В, прежде чем произойдет срабатывание. Это работает правильно, только когда напряжение питания переменного тока выше 30 В RMS, потому что при более низких напряжениях он может вообще не срабатывать.

Пиковое переключение несколько сложнее. Хотя, безусловно, можно зафиксировать (и удерживать) пиковое напряжение, это требует времени. Как правило, может пройти до 40 мс (два полных цикла при 50 Гц), прежде чем схема сможет определить пиковое напряжение и запустить реле. Альтернативой (и методом, который я использовал для специального тестера, который я сделал) является обнаружение пересечения нуля и ожидание 5 мс (сдвиг на 90 ° при 50 Гц, что является пиковым напряжением) перед срабатыванием реле TRIAC или SCR. Это несложно сделать, но требует дополнительных схем.Для приложений с частотой 50 Гц и 60 Гц потребуются разные единицы измерения, поэтому неудивительно, что этот метод не будет использоваться в коммерческих устройствах.

Произвольное переключение означает, что SSR включится, как только появится достаточное напряжение, чтобы вызвать срабатывание и фиксацию TRIAC или SCR. С реле MOSFET или IGBT они включаются, когда напряжение затвора превышает пороговое значение, даже при нулевом токе, поэтому задержка очень мала. Для большинства реле TRIAC/SCR со случайным переключением задержка в худшем случае в большинстве случаев будет составлять всего пару миллисекунд.

Сигнал запуска 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 рассматривается, но пример показан ниже. Импульсные трансформаторы имеют некоторые преимущества перед оптронами, поскольку они могут обеспечивать более высокий ток срабатывания и не подвержены ограничениям DV/Dt в той же степени, что и симисторы. Импульсное переключение может быть настроено на пересечение нуля, пиковое, случайное или на определенный фазовый угол (используется для диммерных цепей).Схема привода более сложна, чем с использованием оптронов.


Рисунок 7.1 – Запуск импульсного трансформатора для TRIAC SSR

Хотя этот подход выглядит идеальным, важна полярность импульса. Обратитесь к квадрантам запуска, показанным на рисунке 5.1, и очевидно, что квадранты II и III являются единственным вариантом (поскольку квадрантов IV следует избегать со многими TRIAC [ 5, 6 ] ). Это означает, что импульсы запуска должны быть отрицательными , хотя это спорный вопрос, когда используется трансформатор, поскольку эталон постоянного тока всегда является средним значением формы волны.

Включение диодов Шоттки приводит к тому, что большая часть импульсного напряжения становится отрицательной, что позволяет выполнять запуск в квадрантах II и III. Это полностью исключает квадрант IV и обычно дает наилучшие результаты. Если частота триггерных импульсов достаточно высока, диод можно не использовать, поэтому, даже если симистор попытается (но не сможет) сработать в транзисторе Q4, до смены полярности пройдет всего несколько микросекунд, и он сработает должным образом. 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 при индуктивных нагрузках.

Наихудшая возможная неисправность возникает, когда симистор проводит только полуволну, так как это может сжечь двигатель или трансформатор. Это вовсе не редкость, особенно если дизайнер пытается выполнить запуск в квадранте IV. К сожалению, похоже, что большинство любителей (и даже патентных заявителей) не знают о «проблеме квадранта IV» с TRIAC и пытаются запускать, используя только положительные импульсы, когда отрицательные импульсы всегда будут работать лучше.Если вы проверите таблицы данных TRIAC, вы обнаружите, что квадранты I-III более чувствительны, чем квадранты IV (последний может потребовать удвоения тока запуска 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. Они легко доступны от многих поставщиков. Демпфер не входит в комплект, но может потребоваться в зависимости от приложения.


8 — Резюме SSR

Существует огромное количество различных типов реле (EMR и SSR), не только для коммутационных устройств, но и для входных требований. Некоторые твердотельные реле предназначены исключительно для использования с переменным током, другие — исключительно с постоянным током. Небольшое количество коммерческих SSR можно использовать с переменным или постоянным током. В этом отношении они гораздо более строги, 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, трансформаторы сетевой частоты, высокочастотные импульсные трансформаторы или (чаще всего ) инфракрасный свет в корпусе ИС. Оптопары значительно превосходят другие методы для устройств средней мощности. Если контролируется значительная мощность, в схеме управления, вероятно, будет использоваться импульсный трансформатор.

Как и обычные реле, большинство твердотельных реле обеспечивают гальваническую развязку между входом и выходом, обычно рассчитанную на 2-3 кВ.Вместо использования катушки для управления реле в твердотельных реле обычно используется оптопара (заметным исключением является Si875x), поэтому активирующей средой является инфракрасный свет, а не магнитное поле. Там, где для электромеханического реле может потребоваться входная мощность до пары ватт (до 100 мВт), твердотельные реле обычно работают с мощностью всего 50 мВт, а некоторым требуется еще меньше.

Однако там, где контакты обычного реле могут рассеивать всего несколько милливатт, твердотельное реле обычно рассеивает гораздо больше, а для реле высокой мощности требуется радиатор для охлаждения электронных коммутационных устройств.Это связано с тем, что переключающий элемент является полупроводниковым устройством и, следовательно, подвержен всем ограничениям любого полупроводника. Сюда относится естественный враг всех полупроводников — тепло! Обычными коммутационными устройствами являются SCR, TRIAC, MOSFET и IGBT , и каждое из них имеет свои преимущества и ограничения.

Будьте особенно осторожны, если ваше приложение имеет высокий пусковой ток. В наихудшем случае максимальный ток должен быть в пределах номинальных значений SSR, иначе вы рискуете повредить реле.Твердотельные реле имеют ошеломляющий набор характеристик (некоторые из них более загадочны, чем другие), но всегда будет указан максимально допустимый ток (обычно как ток «неповторяющегося пикового выброса»). Обратите внимание на использование термина «неповторяющийся» — это означает, что производитель говорит, что это означает. Это может быть 20 мс (один цикл при 50 Гц), это также может означать другую указанную продолжительность (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, прочитайте статью Inrush Current.

Переключение Используется для Комментарии

SCR ½ волны переменного тока Два обычно используются в обратной параллели для мощного двухполупериодного переменного тока
TRIAC Full Wave AC Обычно используется только для маломощных версий (например, 10 А или менее)
MOSFET AC или DC Доступны версии AC и DC, но обычно не взаимозаменяемы
IGBT AC или DC Как указано 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 можно использовать и в других местах. ТТР на основе МОП-транзисторов постоянного тока могут просто использовать МОП-транзистор и фотоэлектрическую оптопару. Как правило, использование предварительно упакованной версии практически не имеет преимуществ перед эквивалентом дискретного компонента, за исключением случаев, когда сертификация SSR необходима для критических с точки зрения безопасности приложений.Хотя это возможно , ЭМИ обычно предпочтительнее, потому что при их выключении утечка нулевая.

Общая компоновка, показанная на схеме рис. 5.2, является общей для большинства твердотельных реле на базе SCR и TRIAC. Оптопара может быть приобретена как дискретная ИС в версиях «мгновенная/случайная» или «переход через нуль». В данном случае «мгновенный» (или NZC — без перехода через нуль) просто означает, что опто-триак сработает мгновенно при подаче постоянного тока на светодиод, независимо от переменного напряжения или полярности в этот момент времени.Версии с пересечением нуля предотвратят 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 ваш источник питания и нагрузка никогда не превысят ни одно из ограничений, описанных в технических описаниях. Кратковременное перенапряжение, как правило, не причинит ни малейшей боли контактам стандартного реле, и даже кратковременное превышение тока обычно не представляет проблемы.Для твердотельных реле нельзя превысить никакое предельное значение … когда-либо . Вы также должны следить за тем, чтобы напряжение и/или ток не менялись слишком быстро, поскольку тиристоры и симисторы имеют определенные пределы, известные как DV/Dt (критическое изменение напряжения с течением времени) и DI/Dt (критическое изменение тока с течением времени). 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 вызовет повышение температуры выше номинального максимума (типичная абсолютная максимальная температура перехода составляет 150-175°C). Недостатков много, но иногда выбора нет. Например, вы не можете использовать механическое реле в диммере с «отсечкой фазы», ​​потому что оно не может срабатывать достаточно быстро. Вы также не можете гарантировать, что механическое реле включается при определенном фазовом угле сигнала переменного тока — например, идеальным для индуктивной нагрузки является подача питания на пике сигнала переменного тока.Это легко сделать с помощью SSR.

Хотя TRIAC и SCR SSR редко указываются, они имеют минимальный номинальный ток, ниже которого вероятна неустойчивая работа. Если ток нагрузки ниже требуемого тока фиксации, твердотельное реле либо не будет работать должным образом (например, в режиме ½ волны), либо может вообще не проводить ток. Обычно это не проблема с ЭМИ, хотя в некоторых и указывается минимальный ток, чтобы контакты не оставались разомкнутыми из-за загрязнения поверхности. Обычно это происходит только при очень низком напряжении.

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

SSR Преимущества …

  • Некоторые имеют корпус меньшего размера, что позволяет разместить больше устройств на единицу объема, но если требуется радиатор, это преимущество исчезает
  • Без контактов, поэтому не возникает дуга, можно использовать во взрывоопасных средах.
  • Увеличенный срок службы независимо от количества циклов переключения. Нет движущихся частей, которые могут изнашиваться
  • Бесшумная работа (без слышимого шума)
  • Гораздо быстрее, чем электромеханические реле, а время их переключения составляет порядка микросекунд
  • Без дребезга контактов, с положительным переключением (может не применяться к TRIAC и SCR SSR при слабом токе)
  • Версии для постоянного тока могут отключать высокое напряжение и/или большой ток, что может вызвать серьезное искрение контактов
  • Менее чувствителен к механическим ударам, вибрации, влажности и внешним магнитным полям
  • Чувствительная входная цепь означает, что для работы требуется низкая мощность привода

SSR Недостатки …

  • Большинство ограничено «1 Form-A» — одним нормально разомкнутым «контактом»
  • Характеристики напряжения и тока полупроводников, а не механических контактов
  • Более высокий внутренний импеданс в закрытом состоянии, выделяющий тепло
  • Относительно высокий ток утечки в зависимости от напряжения в открытом состоянии
  • Искажение формы сигнала из-за нелинейных характеристик напряжения и тока
  • Некоторые твердотельные реле имеют коммутационные устройства, чувствительные к полярности.
  • Реле SCR и TRIAC, как правило, не могут использоваться с постоянным током (их нельзя отключить)
  • 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, твердотельные реле не выдерживают короткого замыкания
  • Чувствительная входная цепь означает, что переходные шумы могут вызвать неожиданное срабатывание

Неспособность большинства SSR предоставить переключающие контакты или несколько наборов контактов может быть серьезным ограничением, а также может значительно увеличить затраты.Добавление еще одного набора контактов к электромеханическому реле обходится очень дешево, но для твердотельного реле вам потребуется коммутирующее устройство со сверхвысоким током и соответствующий улучшенный драйвер. В большинстве случаев, если вам нужно, чтобы цепь была нормально замкнута при отключении питания, вам, вероятно, не повезло. Такие вещи существуют (с использованием полевых МОП-транзисторов в режиме истощения), но я никогда не встречал их, кроме как в таблицах данных.

Одной из областей, в которой SSR на основе MOSFET и IGBT преуспевают, является прерывание высокого напряжения и сильного постоянного тока, что является фундаментальным злом.При напряжении более 35 В и достаточном токе, доступном в цепи, постоянный ток просто образует дугу на контактах большинства механических реле и переключателей. При высоком токе дуга плавит контакты и контактные рычаги до тех пор, пока воздушный зазор не станет достаточно большим, чтобы разорвать дугу. Думайте в терминах дуговой сварки, потому что такие условия могут существовать при достаточном напряжении и токе. МОП-транзистор не имеет этого ограничения и может разорвать 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 коммутации аудио и других сигналов низкого уровня. Номинальное напряжение варьируется от 60 до 300 В и 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 те, что я видел, нормально открыты SPST.Принципы работы почти такие же, как описано выше, но все в одном пакете. Для типов AC/DC номинальным напряжением является пиковое переменное или постоянное напряжение постоянного тока.

Твердотельные реле никогда не должны использоваться в качестве критической с точки зрения безопасности системы отключения. Поскольку отказ обычно означает короткое замыкание переключающего устройства, в случае отказа твердотельного реле нагрузка будет постоянно находиться под напряжением. Вы должны знать свои характеристики нагрузки и знать, что многие SSR могут не выключать , если нагрузка имеет характеристику, которая генерирует переходные процессы достаточно быстро, чтобы вызвать самопроизвольное повторное срабатывание SCR или TRIAC.Некоторые нелинейные нагрузки могут вызвать срабатывание твердотельного реле только при одной полярности, вызывая однополупериодное выпрямление и постоянную составляющую в цепи питания нагрузки (обычно в сети). Некоторые проблемы с твердотельным реле (даже кратковременные) могут привести к серьезным неисправностям в другом оборудовании, использующем тот же источник питания. Например, кратковременное однополупериодное выпрямление сети может вызвать насыщение трансформатора, серьезную перегрузку двигателя (снова насыщение), срабатывание автоматических выключателей и общий ущерб.


Меры предосторожности

При использовании любого твердотельного реле никогда не стоит недооценивать, насколько сильно могут нагреваться коммутационные устройства.Для симистора 1 Вт/А может показаться не таким уж большим, но даже большой корпус с креплением на шпильке будет нагревать , рассеивая всего пару ватт (2 А), а меньшие корпуса еще хуже. Коммутационные устройства могут находиться внутри шасси с небольшим охлаждением или вообще без него, что делает проблему более серьезной. Надлежащее тестирование всегда необходимо, о чем вам обычно не нужно беспокоиться с помощью EMR. Точно так же не предполагайте ничего другого — твердотельные реле могут (и делают) плохо работать с некоторыми нагрузками, они используют полупроводники, которые выходят из строя из-за короткого замыкания, и они могут быть «случайно» включены с мгновенным скачком напряжения.

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

MOV

— отдельная тема, поэтому я рекомендую, если вы хотите включить один из них, прочитать как можно больше и покупать только у признанных поставщиков. Littelfuse делает устройство, которое они называют TMOV, которое включает в себя внутренний термовыключатель. Это предотвратит рассыпание MOV по шасси в случае его отказа, но, конечно, в случае отказа термопредохранителя MOV навсегда разомкнется (и вы не узнаете, что это произошло). По крайней мере, если вы слышите взрыв внутри вашего снаряжения, вы знаете, что что-то не удалось, но это не то, что большинство людей хотят испытать.

Снабберы — это боль, поэтому везде, где это возможно, используйте симисторы «Snubberless», которые (по определению) в них не нуждаются. Добавление демпфера означает, что используется больше площади печатной платы, и, хотя они не особенно дороги, каждая дополнительная деталь увеличивает размер и стоимость. В некоторых случаях (с симисторами и тринисторами) может потребоваться включить небольшую индуктивность последовательно с нагрузкой. Это ограничивает ΔV/Δt, применяемое к переключателю, и помогает уменьшить ΔI/Δt при его включении.

Твердотельные транзисторы MOSFET

имеют свои ограничения, но при разумном выборе MOSFET проблем быть не должно.Очень высокие скорости переключения не достигаются при использовании ИС драйвера, такой как Si8752, поэтому электромагнитные помехи редко являются проблемой. По-прежнему важно провести надлежащее тестирование, чтобы убедиться, что полевые МОП-транзисторы никогда не нагреваются больше, чем слегка, при нормальном использовании, и может потребоваться радиатор, если вам приходится проводить большой непрерывный ток. Низкий R DS-на минимизирует рассеяние, но всегда отличен от нуля, когда протекает ток.

Безопасность электросети всегда важна.Любые ТТР, используемые для коммутации сетевых напряжений, должны быть защищены от случайного прикосновения. Все соединения должны быть безопасными, чтобы ничто не могло отсоединиться, что может привести к короткому замыканию или другим опасностям. Никогда не подключайте сетевые схемы с помощью Veroboard или подобного, потому что дорожки расположены слишком близко друг к другу и не имеют приемлемых путей утечки или зазоров. Для обеспечения электробезопасности необходимы полоски с метками, чистый материал печатной платы с жесткой проводкой или правильно спроектированная печатная плата. Никогда не используйте слюдяные изоляторы и монтажные втулки для крепления симистора к радиатору, поскольку они не обеспечивают приемлемых путей утечки и зазоров.Помните, что вся сетевая проводка должна использовать сетевой кабель, а не соединительный провод «общего назначения».


Выводы

Нет никаких сомнений в том, что некоторые приложения требуют использования SSR. Например, отключение источника постоянного тока 100 В при токе нагрузки 20 А ничем другим практически невозможно. Однако у них есть и недостатки, прежде всего в цене и ограничениях по температуре. Иногда стоит обратить внимание на гибридную систему (информацию см. в разделе «Гибридные реле») или даже изучить методы активного гашения дуги (см. раздел «Смягчение дуги и подавление усилителя»).В конечном счете, то, что вы делаете, будет компромиссом, но если вы сможете собрать всю информацию и выработать решение, вы сможете получить наилучшую 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 выдвигаемую 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 предоставил право голоса любому, кто может печатать (особенно на страницах форума), и доступно огромное количество дезинформации. Новички обычно не знают ничего лучшего и часто принимают полностью ложную информацию за истину, где она быстро публикуется повторно, пока не станет настолько распространенной, что люди предполагают, что она должна быть правдой. Этого не было с самого начала, и никакая повторная публикация лжи не сделает это реальностью.

Если вы сделаете домашнюю работу, изучите спецификации и проведете несколько тестов, вы найдете твердотельное или электромагнитное реле, которое будет делать именно то, что вам нужно. В некоторых случаях вы обнаружите, что EMR по-прежнему является лучшим выбором, и это может применяться в большинстве случаев для «нормального» переключения. В некоторых технических описаниях и обсуждениях вы увидите, что высокая чувствительность твердотельных реле снижает потери мощности, но в действительности переключающие полупроводники часто рассеивают гораздо больше энергии, чем даже самые нечувствительные электромеханические реле с аналогичными характеристиками нагрузки.С любым SSR вы должны делать домашнее задание и знать о многих вещах, которые могут пойти не так. Также имейте в виду, что сбой в твердотельном реле может привести к повреждению другого оборудования, даже если оно не контролируется твердотельным реле, а просто подключено к той же сети.

Как и во всем в электронике, где-то придется идти на компромисс. В целом, обычные реле обычно имеют меньше компромиссов, чем твердотельные версии, и обеспечивают гораздо более гибкое переключение. Имея входную мощность всего в полватта, вы можете с легкостью управлять мощностью 2 кВт и более, и вы можете ожидать, что он будет работать в течение сотен тысяч операций даже при полной нагрузке.Потери при переключении минимальны, радиаторы не нужны, а надежность выдающаяся, если вы используете правильное реле для работы. Важно отметить, что для многих людей электромеханические реле гораздо проще достать и, как правило, намного дешевле, чем твердотельные эквиваленты.

Существует также множество приложений, в которых ничто не может сравниться с твердотельным реле. Полная защита от дугового разряда, что очень важно в опасных средах с горючими материалами, такими как газ или мелкие взвешенные частицы (порошки, мука и т. д.).), быстрые (MOSFET), исключительно быстрые (типы SCR и TRIAC) и предсказуемое время отклика, а отсутствие дребезга контактов может быть критическим 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».


Каталожные номера

Википедия не является самым надежным справочным ресурсом, но описания этих устройств довольно хороши.

  1. Тиратрон — Википедия
  2. Тиристор — Википедия
  3. TRIAC — Википедия
  4. История General Electric
  5. Управление симистором с микроконтроллером с питанием от плюса — ST Microelectronics
  6. Управление симистором импульсным трансформатором — ST Microelectronics
  7. Решения для фотогальванических 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.



Основной индекс Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, 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 в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки при создании проекта.Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Журнал изменений: Страница создана и защищена авторскими правами © Rod Elliott, 28 сентября 2020 г./ Опубликовано в ноябре 2020 г.

10 преимуществ тиристорного переключателя по сравнению с механическим переключателем

Тиристоры можно кратко описать как управляемый кремнием выпрямитель. Этот тиристор обладает переключающей способностью, и имеются отдельные схемы включения тиристоров для управления устройствами с большой нагрузкой.Обычно механические переключатели традиционно используются для управления оборудованием с большой нагрузкой. Но с введением тиристорного переключения большинство традиционных механических переключателей были заменены переключателями на основе тиристоров. Существует проверенный метод, согласно которому тиристорные переключатели намного лучше механических переключателей. Здесь мы планируем обсудить несколько преимуществ тиристорного переключателя по сравнению с механическим переключателем.

 

  1. Требуется меньше времени для работы

Обычно тиристорные переключатели занимают меньше времени по сравнению с операцией, потому что они не содержат движущихся частей, поэтому сравните с типичным механическим переключателем, тиристорные переключатели могут работать со скоростью гораздо выше.

 

  1. Тиристор потребляет очень мало энергии

Механические переключатели выделяют тепло из-за сопротивления внутренней катушки, что также вызывает некоторые потери мощности. Таким образом, тиристоры не имеют внутренних катушек, поэтому тиристоры потребляют очень мало энергии по сравнению с механическим переключателем.

 

  1. Тиристоры могут управлять большей мощностью при очень малом токе (иногда от нескольких микроампер до миллиампер)

По сравнению с механическими переключателями, работать с большой частотой.Таким образом, есть некоторые приложения, в которых необходимо, чтобы большая частота переключателей на основе тиристоров работала лучше, чем механические переключатели.

 

  1. Выдерживаемая мощность тиристоров хорошая

Тиристоры имеют небольшие размеры, но по сравнению с размером выдерживаемая мощность намного выше, чем у механического переключателя. При механических переключателях выполняются меньшие по мощности пропускные способности тиристоров.

 

  1. Электрическая безопасность тиристорных выключателей лучше, чем механических выключателей

Механические выключатели содержат много механических частей, когда к механическим выключателям прикладывается более высокий ток, возникает дуга, которая также очень вредна для системы.Но переключатель, управляемый тиристорами, может выдерживать больший ток, не создавая дуги, как это делает механический переключатель. Таким образом, выключатели с тиристорным управлением обеспечивают безопасность системы.

 

  1. Тиристорные выключатели могут использоваться там, где необходим надежный контроль

Преимущества работы тиристорных переключателей основаны на электрическом напряжении, а управление работой намного проще по сравнению с механическими переключателями. поэтому его очень легко использовать там, где требуется сложное управление.

 

  1. Легко получить передаточную функцию.

Механические выключатели обычно не имеют таких спецификаций или характеристик для получения каких-либо передаточных функций устройства. Но работа на основе тиристора содержит паспорт производителя, поэтому получить передаточную функцию устройства очень просто.

 

  1. Тиристорные переключатели, не требующие обслуживания

Обычно эксплуатация и техническое обслуживание механического переключателя включают удаление ржавчины и нанесение смазки.Но тиристор не требует такого жесткого обслуживания, как механический переключатель. Таким образом, стоимость обслуживания тиристора меньше.

 

  1. Тиристорные переключатели могут применяться для надежной работы.

Работа тиристорного переключателя надежна, поэтому он может работать дольше с минимальной вероятностью ошибки. Таким образом, тиристорные операции более надежны по сравнению с механическими переключателями.

 

  1. Из-за того, что требуется меньше места, процесс проектирования очень прост.так что это было бы одним из основных преимуществ при разработке компактных схем в энергосистемах.

    Статьи по теме:

    Что такое преобразователи переменного тока в постоянный и различные типы преобразователей

     

     

    Команда Sona Electronics: 5. твердотельные реле

    Какими бы универсальными ни были электромеханические реле, они имеют множество ограничений. Они могут быть дорогими в изготовлении, иметь ограниченный срок службы контактов, занимать много места и переключаться медленно по сравнению с современными полупроводниковыми устройствами.Эти ограничения особенно актуальны для контакторных реле большой мощности. Чтобы устранить эти ограничения, многие производители реле предлагают «твердотельные» реле, в которых для переключения управляемой мощности вместо механических контактов используется тринистор, симистор или транзисторный выход. Выходное устройство (тиристор, симистор или транзистор) оптически связано со светодиодным источником света внутри реле. Реле включается при подаче питания на этот светодиод, обычно низковольтным питанием постоянного тока. Эта оптическая изоляция между входом и выходом конкурирует с лучшим, что могут предложить электромеханические реле.

    Будучи твердотельными устройствами, в них нет изнашивающихся движущихся частей, и они могут включаться и выключаться намного быстрее, чем может двигаться якорь любого механического реле. Между контактами нет искрения, и нет проблем с контактной коррозией. Тем не менее, твердотельные реле все еще слишком дороги для создания очень высоких номинальных токов, и поэтому электромеханические контакторы продолжают доминировать в этом применении в промышленности сегодня.

    Одним существенным преимуществом твердотельного реле SCR или TRIAC по сравнению с электромеханическим устройством является его естественная склонность размыкать цепь переменного тока только в точке нулевого тока нагрузки.Поскольку SCR и TRIAC представляют собой тиристоры , присущий им гистерезис поддерживает непрерывность цепи после отключения светодиода до тех пор, пока переменный ток не упадет ниже порогового значения (ток удержания ). На практике это означает, что цепь никогда не будет разорвана в середине пика синусоиды. Такие несвоевременные прерывания в цепи, содержащей значительную индуктивность, обычно вызывают большие скачки напряжения из-за внезапного коллапса магнитного поля вокруг индуктивности.Этого не произойдет в цепи, разорванной SCR или TRIAC. Эта функция называется переключением с пересечением нуля .

    Одним из недостатков твердотельных реле является их склонность к сбою в «замыкании» на своих выходах, в то время как контакты электромеханического реле имеют тенденцию к сбою в «размыкании». В любом случае реле может выйти из строя в другом режиме, но это наиболее распространенные неисправности. Поскольку состояние «открыто при отказе» обычно считается более безопасным, чем состояние «закрыто при отказе», электромеханические реле по-прежнему предпочтительнее своих твердотельных аналогов во многих приложениях.

    С другого сайта:

    Оптотриаки и твердотельные реле.

    Устройства, которые используются для управления высоковольтным/мощным оборудованием, должны иметь хорошую электрическую изоляцию между их высоковольтным выходом и низковольтным входом. В таких условиях полагаться на слой кремния толщиной в несколько атомов для обеспечения требуемой изоляции нецелесообразно. Когда возникают отказы (а они более вероятны в цепях большой мощности), последствия могут быть катастрофическими не только для компонентов схемы, но и для пользователей такого оборудования.Необходима физическая изоляция (это означает, что между входом и выходом вообще нет электрического соединения ). К счастью, есть простые и дешевые решения этой проблемы. Схемы высокой мощности часто контролируются «опто-электронными устройствами», такими как опто-триаки, опто-тиристоры и твердотельные реле.

    Материалы, используемые при производстве симисторов и тринисторов, как и любые полупроводниковые устройства, светочувствительны. Их проводимость изменяется при наличии света, поэтому их обычно упаковывают в маленькие кусочки черного пластика.Однако, если в комплект входит светоизлучающий диод, который излучает свет на светочувствительный полупроводник, помещенный в ту же ИС. Пакет позволяет управлять мощным устройством в ответ на очень малый входной ток через светодиод без электрического соединения между ними.

    Оптотриак.

    Это принцип, используемый в опто-триаках и опто-тиристорах, которые легко доступны в виде интегральных схем (ИС) и не требуют очень сложных схем, чтобы заставить их работать.Просто подайте небольшой импульс в нужное время на светодиод в упаковке. Свет, излучаемый светодиодом, активирует светочувствительные свойства симисторного или тиристорного затвора, и включается питание. Изоляция между маломощными и высокомощными цепями в этих оптически соединенных устройствах обычно составляет несколько тысяч вольт.

    Рисунок 1. Оптотриак.

    Твердотельные реле.

    Твердотельные реле аналогичны уже упомянутым устройствам с оптронной связью, но в качестве коммутационного устройства используются силовые транзисторы MOSFET.Твердотельные реле (ТТР) могут заменить многие типы маломощных электромеханических реле.

    Он использует оптопару для обеспечения полной гальванической развязки между маломощной входной цепью и мощной выходной цепью. Когда выходной переключатель «разомкнут» (MOSFET выключен), он имеет почти бесконечное сопротивление и очень низкое сопротивление в «замкнутом» состоянии (MOSFET сильно проводят ток). Его также можно использовать для переключения переменного или постоянного тока.

    Рисунок 2. Твердотельное реле.

    Типичная схема SSR показана на рисунке 2.Ток около 20 мА через светодиод достаточен для включения выходных МОП-транзисторов. (Инфракрасный) свет от светодиода падает на фотогальванический блок, состоящий из 25 кремниевых диодов. Каждый диод вырабатывает 0,6 В, чтобы обеспечить потенциал затвора 15 В, необходимый для включения МОП-транзистора. На рис. 2 представлен базовый пример твердотельного реле, в данном случае твердотельного реле Siemens Lh2540T, изготовленного в виде 6-контактного DIL-корпуса. Доступны многие более сложные микросхемы, которые действуют как двухполюсные, нормально замкнутые (НЗ), нормально разомкнутые (НО) и переключающие реле с широким спектром дополнительных возможностей.Твердотельные реле также производятся с различными выходными напряжениями и номинальными токами, с различными типами корпусов, начиная от небольших компонентов для поверхностного монтажа и заканчивая сложными многовыводными микросхемами и крупными сильноточными образцами для монтажа в стойку в электрических шкафах управления. Информацию о SSR можно найти, выполнив поиск твердотельных реле на веб-сайтах производителей, таких как Infineon Technologies, или у поставщиков полупроводников, таких как RS Components (откроется в новом окне).

    Рис. 3. Использование микросхемы твердотельного реле для переключения A.C. или DC

    На рис. 3 показаны альтернативные способы использования твердотельного реле Lh2540T для переключения источников питания постоянного или переменного тока.

    Тестирование оптронных устройств.

    Светодиод в этих устройствах будет работать с прямым напряжением от 1 В до 2 В, наличие более высокого напряжения на светодиоде будет указывать на обрыв цепи. Светодиоды трудно надежно проверить с помощью диодного диапазона омметра, поскольку используемое напряжение часто слишком низкое для их включения. Если на светодиоде обнаружено правильное значение напряжения, а выходное устройство не включено, то микросхему следует заменить.ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К СЕТЕВОМУ НАПРЯЖЕНИЮ, ТАКЖЕ ОТНОСЯТСЯ К ЭТИМ КОМПОНЕНТАМ, КОТОРЫЕ ВЫХОД КОММУТИРУЕТ ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ.

    ЛЮБЫЕ РАБОТЫ С СЕТЕВЫМИ ЦЕПЯМИ ДОЛЖНЫ ВЫПОЛНЯТЬСЯ ПРИ ПОЛНОСТЬЮ ОТКЛЮЧЕННОМ ОТ СЕТИ И РАЗРЯДКЕ ЛЮБЫХ КОМПОНЕНТОВ СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА (например, КОНДЕНСАТОРОВ), ЕСЛИ ЭТО НЕ СОВЕРШЕННО НЕИЗБЕЖНО

    Если вы не обучены безопасным приемам работы, необходимым для работы с этими типами цепей, НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО! Напряжения и токи, используемые в этих цепях, могут убить!

    Изображения на них:

    (PDF) Новая схема гибридного реле для сети переменного тока

    2

    2.Преимущества и недостатки гибридного реле /опять же по AN4993

    Использование этого гибридного реле на основе обоих компонентов (реле/симистор) вместо одного переключателя дает следующие преимущества

    :

     Энергоэффективность: благодаря низкой контактное сопротивление реле, потери проводимости очень низкие по сравнению с решением

    только с симистором.

     Надежность реле:

    кремниевый переключатель ослабляет пусковой ток нагрузки.Это также увеличивает срок службы реле, который управляет только установившимся током. Наконец,

    не дребезжит механическое реле, иначе оно будет сильно минимизировано.

     Надежность нагрузки: полупроводниковая технология позволяет выполнять прогрессивный плавный останов. Плавное ускорение и торможение двигателя

    снижает износ механической системы и предотвращает любые повреждения приложений.

     Уменьшение электромагнитных помех: Благодаря коммутации симистора в ZVS для отключения при нулевом токе

    применение сильно защищено от электромагнитных помех, кондуктивных помех.Он может соответствовать стандартам EN55014 для

    бытовой техники, электроинструментов и т. д.

     Экономия объема: по сравнению с решением с одним выключателем симистор можно использовать без какого-либо радиатора, так как он проводит только ток

    во время броска нагрузки. Можно использовать SMD-пакет. Реле также рассчитано только на номинальный проводящий ток

    (нет необходимости в превышении номинального тока для обеспечения высокой надежности).

     Безыскровая работа: когда симистор включен, переключение реле предотвращает возможные искры из-за размыкания контактов при высоком напряжении

    , что сокращает срок службы реле в приложениях, требующих большого количества циклов переключения.Поскольку при нормальной работе нет искры

    , это гибридное реле совместимо с огнеопасной средой.

    Чтобы получить надежную конструкцию выключателя переменного тока с гибридным реле, есть две незначительные проблемы:

    — Необходимо реализовать два устройства вместо одного, даже если эти выключатели меньше.

    — Команда переключения может быть немного сложнее, но не с нашей новой предложенной схемой —

    реализацией. Управление изолированным симистором будет реализовано в этом документе новаторски с применением кремниевого реле (MOSFET-Relay)

    .

    Сначала мы опишем «классический» метод управления гибридным переключателем

    для лучшего понимания преимуществ нового участия. Следующий текст взят из [1].

    Рис. 2: Схема управления классическим симистором вдоль ST-Application note-AN4993

    Когда линейное напряжение положительное и опто-симистор управляется, ток, протекающий от линии, течет через R1,

    R2, и Симисторная часть опто-симистора, чтобы, наконец, подать на затвор симистора положительный ток G на A1.Затем

    симистор срабатывает в Q1.

    Когда линейное напряжение отрицательное, ток инвертируется, и симистор срабатывает в Q3.

    C1 повышает устойчивость этой цепи затвора к высоким значениям dV/dt и электрическим быстрым переходным процессам (EFT). Рекомендуется конденсатор 22 нФ (

    ).

    R1 уменьшает dI/dt при включении симистора за счет разрядки конденсатора С1. Рекомендуется резистор 47 Ом.

    R2 позволяет ограничить ток через затвор до включения симистора.Значение R2 должно быть настолько высоким, чтобы избежать

    максимального тока, допустимого как в опто-симисторе (ITSM), так и в симисторном затворе (IGM). В каждом полупериоде линии,

    , симистор выключен, и линейное напряжение на симисторе увеличивается до тех пор, пока не будет достигнуто его IGT. Это напряжение проходит через симистор

    до того, как его срабатывание вызовет кондуктивные электромагнитные помехи в линии, как описано в европейском стандарте EN55014-1

    для бытовых приборов и электроприборов. Низкое значение R2 позволяет получить Triac IGT с низким линейным напряжением до

    и, следовательно, ограничить электромагнитные помехи.Таким образом, это значение R2 является результатом компромисса между опто-симисторным ITSM,

    Triac IGM и шумом электромагнитных помех.

    R3 повышает устойчивость цепи к dV/dt и EFT. Действительно, иммунитет повышается, когда R3 низкий. Значение R3 также

    зависит от чувствительности симистора (IGT). Поскольку R3 получает ток опто-симистора, без этого резистора ток затвора равен

    , что достигается позже. Это также вызывает электромагнитные помехи. Тогда значение R3, наконец, является компромиссом между помехоустойчивостью цепи и

    электромагнитными помехами.

    Недостатками являются, прежде всего, определение значения пассивного компонента для получения хорошего компромисса между симисторным IGT,

    устойчивостью к dV/dt и помехами от электромагнитных помех.

    Почему тиристор используется в панели коррекции коэффициента мощности?


    Эй, в этой статье мы собираемся обсудить очень важную и интересную тему, а именно, почему тиристор или SCR используется в панели автоматического управления коэффициентом мощности (APFC) . Здесь мы также обсудим преимущества тиристорной панели коэффициента мощности по сравнению с другими, такими как панель APFC с контакторным переключением .

    На самом деле, тиристорная панель управления коэффициентом мощности в основном известна как Панель коррекции коэффициента мощности в реальном времени (RTPFC) , потому что здесь коррекция коэффициента мощности происходит в течение нескольких микросекунд.

    Что такое панель автоматического управления коэффициентом мощности (APFC)?

    Панель APFC или панель автоматического повышения коэффициента мощности представляет собой компактную электрическую панель, состоящую из автоматических выключателей, реле, конденсаторных батарей, микроконтроллеров, тиристоров, которые автоматически регулируют или улучшают коэффициент мощности, когда коэффициент мощности становится низким из-за большой индуктивной нагрузки в электрической сети. система.

    Как правило, все компании с индуктивной нагрузкой имеют панель APFC в своей главной комнате управления панелью LT. Панель APFC всегда подключается параллельно основному вводу всей электрической цепи.

    Обычно используются два типа панелей APFC:

    1. Панель APFC с контакторным управлением

    2. Панель APFC с тиристорным управлением

    Панели APFC с контакторным переключением построены со специальными переключающими контакторами конденсатора, которые соединены с конденсатором батареи и действовать как клапан для конденсаторной батареи.Когда коэффициент мощности становится низким, контактор включается и подключает батарею конденсаторов к цепи нагрузки.

    Тиристорные панели APFC состоят из тиристорных переключающих модулей (TSM) . Они также действуют как вентиль конденсаторной батареи для соединения или разъединения с цепью нагрузки.

    Панель APFC на основе тиристоров

    Теперь мы обсудим почему тиристоры используются в панелях автоматической коррекции коэффициента мощности . В основном для этих типов панелей используются SCR или TRIAC.

    Итак, тиристоры используются для создания переключателя или клапана между батареей конденсаторов и цепью нагрузки. Предположим, в панели APFC есть десять номеров конденсаторной батареи, поэтому нам не нужно подключать их все одновременно к цепи нагрузки.

    Когда коэффициент мощности становится очень низким, нам необходимо подключить к нагрузке больше конденсаторных батарей, когда коэффициент мощности близок к единице, нам необходимо подключить несколько конденсаторных батарей к цепи нагрузки.


    Итак, есть микроконтроллеры, трансформаторы тока, релейные цепи для измерения реактивного тока, и они постоянно контролируют коэффициент мощности всей электрической системы.В соответствии со значением коэффициента мощности или относительной потребляемой мощностью микроконтроллер посылает сигналы на клеммы затвора тиристоров для их запуска. После срабатывания тиристора они подключают батарею конденсаторов к цепи нагрузки для компенсации реактивной мощности или поддержания коэффициента мощности.

    Импульсы запуска тиристорного затвора генерируются с использованием методов Zero Cross Over катодного возбуждения. Метод Zero Cross Over означает, что они используют переменный ток в нулевых точках (между положительным и отрицательным полупериодами), где напряжение полностью равно нулю.Когда напряжение на тиристоре равно нулю, только в это время они будут открываться импульсами затвора. Этот метод используется для предотвращения возникновения переходных процессов, скачков напряжения и гармоник во время переключения.

    Преимущества тиристорной панели APFC

    Теперь давайте узнаем, каковы преимущества использования тиристоров или SCR в панелях автоматического управления коэффициентом мощности (APFC).

    1. Тиристор обеспечивает полупроводниковое переключение, поэтому подключение и отключение конденсаторной батареи с цепью нагрузки возможно в течение нескольких микросекунд.Таким образом, тиристорная панель APFC обеспечивает возможность коррекции коэффициента мощности в режиме реального времени.

    2. Поскольку тиристор обеспечивает очень быстрое переключение, то эти панели наиболее подходят для компенсации нагрузок.

    3. Тиристорные панели APFC особенно подходят для быстро меняющихся нагрузок, где контакторные панели APFC не обеспечивают желаемых результатов.

    4. Поскольку движущихся частей нет, то и специальных устройств для предотвращения искрения при переключении с очень высоким током не требуется.

    5. Тиристорные переключающие модули (TSM) очень компактны, надежны и имеют естественное охлаждение.

    6. Тиристорные панели APFC в основном надежны и требуют минимального обслуживания.

    Спасибо за посещение сайта. продолжайте посещать для получения дополнительных обновлений. .

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.