Каким полупроводниковым прибором лучше всего заменить реле?

Полупроводниковые реле — виды, устройство и принцип работы

Многие из читателей услышав слово «реле» наверняка представят себе катушку, к сердечнику которой притягивается подвижный контакт. И это вовсе не удивительно, ведь изначально реле всегда были электромагнитными, и под словом «реле» вообще-то принято понимать электромагнитное устройство для размыкания и замыкания электрической цепи.

Тем не менее, уже давно для коммутации электрических цепей в различных областях техники применяют полупроводниковые ключи: транзисторы, тиристоры, симисторы. Не обошел полупроводниковый прогресс и реле.

Несмотря на то, что при помощи электромагнитных реле традиционно коммутируют цепи с большими величинами токов и напряжений, сегодня уже и на полупроводниках можно реализовать стойкие и мощные электрические коммутаторы. Такими коммутаторами и являются полупроводниковые реле или твердотельные реле (от англ. Solid-state relay, сокращенно SSR).

Таким образом, полупроводниковое реле представляет собой уже полностью электронное устройство, без подвижного механического контакта, которое служит для включения/выключения мощных нагрузок в силовых цепях, путем подачи низкого управляющего напряжения на вход управления электронного устройства.

Внутри корпуса твердотельного (полупроводникового) реле имеется схема датчика, реагирующего на сигнал управления, а также силовая часть — полупроводниковая электроника на стороне коммутируемой цепи высокой мощности.

Такие реле применяют в цепях постоянного и переменного тока, где они выполняют те же функции, что раньше выполняли механические электромагнитные реле и контакторы, только теперь задача решается без подвижных частей в цепи коммутации. В итоге, благодаря мощным тиристорам, симисторам и транзисторам, интегрированным в корпуса данных реле, появилась возможность коммутировать токи до сотен ампер не прибегая к механическим узлам.

По сравнению с электромеханическими реле, полупроводниковые реле обладают более высокой скоростью безопасного переключения порядка сотни микросекунд, при этом цепь управления и силовая цепь полностью гальванически изолированы друг от друга (как правило используется оптронная развязка).

Твердотельные реле способны кратковременно выдержать перегрузку на стороне коммутации и сохранить работоспособность, чем не могут похвастаться электромеханические предки. При этом твердотельное реле работает бесшумно, имеет компактные габариты, контакты здесь не окисляются (т. к. контактов как таковых нет), отсутствует искрение, устройству не страшны ни пыль, ни вибрация.

Конечно, сопротивление полупроводникового перехода реле в проводящем состоянии нелинейно, а при больших коммутируемых токах устройству и вовсе требуется охлаждение, однако плюсы однозначно перекрывают эти условные минусы. К тому же срок службы твердотельного реле измеряется миллионами циклов переключений.

Полупроводниковые реле бывают однофазными или трехфазными, для коммутации постоянного или переменного тока. Реле для коммутации переменного тока имеют встроенный датчик перехода через ноль, чтобы коммутация осуществлялась практически при нулевом токе, без вреда для полупроводникового ключа, без опасных бросков тока от индуктивной нагрузки.

В качестве ключей в реле переменного тока служат тиристоры или симисторы, а в реле постоянного тока — полевые или IGBT-транзисторы. Питание к управляющей цепи подается непосредственно от источника управляющего сигнала, причем ток управления не превышает единиц миллиампер, а коммутируемый ток может составлять десятки и сотни ампер.

Трехфазные твердотельные реле бывают без реверса и с реверсом. Трехфазные реле с реверсом имеют два входа управления, причем на выходе одна из фаз может вообще не менять своего положения.

По сравнению с громоздкими механическими магнитными пускателями, компактные полупроводниковые реле работают бесшумно и не изнашиваются, не нужно периодически чистить контакты, а для мощных нагрузок достаточно обеспечить корпусу реле хорошее охлаждение, в некоторых случаях спасет радиатор, крепление для него предусмотрено.

Что касается пыльных и взрывоопасных промышленных производств, то здесь твердотельное реле оказывается настоящей палочкой-выручалочкой, ведь искрение механических контактов исключено из-за отсутствия таковых, а герметичный корпус реле не даст электронике загрязниться.

Для монтажа на печатную плату выпускаются миниатюрные полупроводниковые реле в пластмассовом корпусе. Такие реле способны коммутировать ток до 2 ампер при сетевом напряжении 220-240 вольт, например вентилятор или насос, лампу или даже небольшой радиатор можно включать 5 вольтным цифровым сигналом с датчика, что обычно очень актуально для любителей самостоятельного проектирования систем домашней автоматизации.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Твердотельное реле

Что такое твердотельное реле

Твердотельное реле (ТТР) или в буржуйском варианте Solid State Relay (SSR) – это особый вид реле, которые выполняют те же самые функции, что и электромагнитное реле, н о имеет другую начинку, состоящую из полупроводниковых радиоэлементов, которые имеют своем составе силовые ключи на тиристорах, симисторах или мощных транзисторах.

Виды твердотельных реле

Выглядеть ТТР могут по-разному. Ниже на фото слаботочные реле

Такие релe используются в печатных платах и предназначены для коммутации (переключения) малого тока и напряжения.

На ТТР строят также сразу готовые модули входов-выходов, которые используются в промышленной автоматике

А вот так выглядят реле, используемые в силовой электронике, то есть в электронике, которая коммутирует большую силу тока. Такие реле используется в промышленности в блоках управления станков ЧПУ и других промышленных установках

Слева однофазное реле, справа трехфазное.

Если через коммутируемые контакты силовых реле будет проходить приличный ток, то корпус реле будет очень сильно греться. Поэтому, чтобы реле не перегревались и не выходили из строя, их ставят на радиаторы, которые рассеивают тепло в окружающее пространство.

Твердотельные реле по типу управления

ТТР могут управляться с помощью:

1) Постоянного тока. Его диапазон составляет от 3 и до 32 Вольт.

2) Переменного тока. Диапазон переменного тока составляет от 90 и до 250 Вольт. То есть такими реле можно спокойно управлять с помощью сетевого напряжения 220 В.

3) С помощью переменного резистора. Значение переменного резистора может быть в диапазоне от 400 и до 600 Килоом.

Твердотельные реле по типу переключения

С коммутацией перехода через ноль

Посмотрите внимательно на диаграмму

Такие ТТР на выходе коммутируют переменный ток. Как вы здесь можете заметить, когда мы подаем на вход такого реле постоянное напряжение, у нас коммутация на выходе происходит не сразу, а только тогда, когда переменный ток достигнет нуля. Выключение происходит подобным образом.

Для чего это делается? Для того, чтобы уменьшить влияние помех на нагрузках и уменьшить импульсный бросок тока, который может привести к выходу нагрузки из строя, если тем более нагрузкой будет являться схема на полупроводниковых радиоэлементах.

Схема подключения и внутреннее строение такого ТТР выглядит примерно вот так:

управление постоянным током управление переменным током

Мгновенного включения

Здесь все намного проще. Такое реле сразу начинает коммутировать нагрузку при появлении на нем управляющего напряжения. На диаграмме видно, что выходное напряжение появилось сразу, как только мы подали управляющее напряжение на вход. Когда мы уже снимаем управляющее напряжение, реле выключается также, как и ТТР с контролем перехода через ноль.

В чем минус данного ТТР? При подаче на вход управляющего напряжения, у нас на выходе могут возникнуть броски тока, а в следствии и электромагнитные помехи. Поэтому, данный тип реле не рекомендуется использовать в радиоэлектронных устройствах, где есть шины передачи данных, так как в этом случае помехи могут существенно помешать передаче информационных сигналов.

Внутреннее строение ТТР и схема подключения нагрузки выглядят примерно вот так:

С фазовым управлением

Здесь все намного проще. Меняя значение сопротивления, мы тем самым меняем мощность на нагрузке.

Примерная схема подключения выглядит вот так:

Работа твердотельного реле

В гостях у нас ТТР фирмы FOTEK:

Давайте разберемся с его обозначениями. Вот небольшая табличка-подсказка для этих типов реле

Давайте еще раз взглянем на наше ТТР

SSR – это значит однофазное твердотельное реле.

40 – это на какую максимальную силу тока она рассчитана. Измеряется в Амперах и в данном случае составляет 40 Ампер.

D – тип управляющего сигнала. От значения Direct Current – что с буржуйского – постоянный ток. Управление ведется постоянным током от 3 и до 32 Вольт. Этого диапазона хватит самому заядлому разработчику радиоэлектронной аппаратуры. Для особо непонятливых даже написано Input, показан диапазон и фазировка напряжения. Как вы видите, на контакт №3 мы подаем “плюс”, а на №4 мы подаем “минус”.

А – тип коммутируемого напряжения. Alternative current – переменный ток. Цепляемся в этом случае к выводам №1 и №2. Можем коммутировать диапазон от 24 и до 380 Вольт переменного напряжения.

Для опыта нам понадобится лампа накаливания на 220 Вольт и простая вилка со шнуром. Соединяем лампу со шнуром только в одном месте:

В разрыв вставляем наше твердотельное реле

Втыкаем вилку в розетку и…

Нет… не хочет… Чего-то не хватает…

Не хватает управляющего напряжения! Выводим напряжение от Блока питания от 3 и до 32 Вольт постоянного напряжения. В данном случае я взял 5 Вольт. Подаю на управляющие контакты и…

О чудо! Лампочка загорелась! Это значит, что контакт №1 замкнулся с контактом №2. О срабатывании реле нам также говорит и светодиод на корпусе самого реле.

Интересно, какую силу тока потребляют управляющие контакты реле? Итак, имеем на блоке 5 Вольт.

А сила тока получилась 11,7 миллиампер! Можно управлять хоть микроконтроллером!

Плюсы и минусы твердотельного реле

  • включение и выключение цепей без электромагнитных помех
  • высокое быстродействие
  • отсутствие шума и дребезга контактов
  • продолжительный период работы (свыше МИЛЛИАРДА срабатываний)
  • возможность работы во взрывоопасной среде, так как нет дугового разряда
  • низкое энергопотребление (на 95% (!) меньше, чем у обычных реле)
  • надёжная изоляция между входными и коммутируемыми цепями
  • компактная герметичная конструкция, стойкая к вибрации и ударным нагрузкам
  • небольшие размеры и хорошая теплоотдача (если конечно использовать термопасту и хороший радиатор)

На каких полевиках собрать замену эл. реле на 10A?

  • Facebook
  • Вконтакте
  • Twitter
  • Google
Читайте также  Применение электронного блока часов

Мы тут не телепаты (надоело это повторять, но приходится), потому спрошу о том, о чём вы умолчали:
1. Нагрузочная цепь 12 вольт — переменный или постоянный ток?
2. Напряжение питания релюшек управления — сколько вольт?
3. 12-вольтовые нагрузки абсолютно разделены, или могут иметь общий минус/плюс?
4. Реле управления абсолютно разделены, или могут иметь общий плюс/минус?

Как вы понимаете, на эти вопросы можно ответить по-разному, и схемы с учётом этих уточнений тоже будут сугубо разные. Так что без них не обойтись. Кстати, лучшим способом будет дополнить ваш вопрос принципиальной схемой — той, как у вас сделано сейчас.
После этих ваших уточнений можно приступать и к ответу на ваши вопросы.

1. Постоянный ток.
2. 12 вольт
3. И общий и минус и плюс.
4. Так же общий минус и плюс.

Линия питания 12в одна на все. И на реле и на устройства. На текущий момент мне нужен пример коммутации одного устройства. Допустим это моторчик мощный. Сейчас звпускается по тумблеру через реле. А надо по тумблеру через транзистор.

  • Facebook
  • Вконтакте
  • Twitter
  • Google

Про диод вот так вы имели ввиду?

И на счет сопротивления возле сток-исток можно по подробней пожалуйста? Или подсказать как я сам могу расчитать, на что и какие данные из даташита упираться?

P.S. В интернете нет разъяснений толком, еще и много противоречивых данных. Я долгое время обходил стороной транзисторы в радиоэлектронике, просто опасаясь их как тьму. Я хочу понять их.

Григорий Боев, Спасибо, это помогло и я собрал неведому фиговину и она кажется работает)

Правдо резисторы местами пришлось поменять, что бы нормально разомкнуто было.

И правильным ли будет его включение как на картинке:

Виктор, несовсем понял вашу мысль. Поэксперементировал по разному, и в итоге вот так работает:

Вы про такой вариант включения имели ввиду? Я поразному его включал, он только так работает.

Полевик как оказалось грелся из за того что импульнсый ток через него проходил. Поставил куда надо, на выровненое питание и он стал работать как надо. При нагрузке в 6A все же чуток греется, пришлось поставить маленький радиатор навсякий случай.

P.S. По поводу милиомов на канале у P канального полевика. У нас в городе более или менее с богатым выбором это ЧИП и ДИП, но и там выбор не особо богатый. Взял что было.

20strannik08, я не понимаю, как то, что тут нарисовано, может нормально работать. Разберём по косточкам. Я прошу вас каждый мой отдельный тезис подтверждать или опровергать.
Судя по направлению стрелки, это P-канал, верно или нет?
S — обозначение истока (source), верно?
Для P-канального транзистора на исток должен подаваться плюс, на сток — минус. Если перепутать полярность (вот как на вашей картинке), то транзистор работать не будет, вдобавок встроенный диод откроется и его закоротит, т.е. ключ будет неуправляем и постоянно открыт. Вы по-прежнему утверждаете, что на картинке всё правильно?
Нет, раз уж у вас там что-то работает, то спрошу по-другому — то, что нарисовано на вашей схеме, действительно соответствует тому, что спаяно в устройстве, или всё-таки там сделано по-другому?

И это далеко не все мои вопросы, это только начало.

Виктор, Я еще раз сверился с даташитом и чет тупанул. Я все неверно нарисовал. Вот схема того, как это все сейчас подключено, прошу прощения.
1. G(Gate) Затвор
2. D(Drain) Сток
3. S(Source) Исток

— Резистор на 200к подобрал экспериментально, это максимальное сопротивление возможное при котором полевик не залипает в открытом состоянии когда на него питание перестает поступать.
— На счет неверной подачи питания через сток-исток, да я уже заметил что просто на кз пропускает все.

P.S. Я уже оптрон подключил к транзистору, и все тоже успешно работает. Но по даташиту я так и не нашел сколько подавать на светодиод. В даташите только написано что max-50ma. И при 12в я поставил резистор на 360om, что примерно соответствует 25ma. Скажите это нормально или много для оптрона? Я пробовал батарейку маленькую от часов на 1.5в подавать, и оптрон этот так же открывает свой транзистор, но при этом потребил 40ma, возможно светодиодик там на 1.2v но это предположение. Я боюсь не многовато ли 25ma? И если я подам меньше(1-7ma) не будет ли хуже работать оптрон?

— Резистор на 200к подобрал экспериментально, это максимальное сопротивление возможное при котором полевик не залипает в открытом состоянии когда на него питание перестает поступать.

Я уже оптрон подключил к транзистору, и все тоже успешно работает. Но по даташиту я так и не нашел сколько подавать на светодиод. В даташите только написано что max-50ma. И при 12в я поставил резистор на 360om, что примерно соответствует 25ma. Скажите это нормально или много для оптрона? Я пробовал батарейку маленькую от часов на 1.5в подавать, и оптрон этот так же открывает свой транзистор, но при этом потребил 40ma, возможно светодиодик там на 1.2v но это предположение. Я боюсь не многовато ли 25ma? И если я подам меньше(1-7ma) не будет ли хуже работать оптрон?

вот теперь схема работоспособна. Но только работоспособна и не более того, правильной я её бы не назвал.

А что сюда еще было бы правильным добавить или изменить на ваш взгляд?

От номинала резистора в этой схеме ничего не зависит, управляющий перепад напряжения на затворе при любом резисторе всегда 12 вольт. Правильный номинал — единицы-десятки килоом.

Ок тыкну на 20к

Ещё вопрос: на вашей схеме управление подаётся через контакт. Почему?

Мне так проще через контакт. Что бы потом не путаться во всем этом. На самом деле от релешки одной я уже отказался и полностью заменил на полевик, но с оптроном. Термостат в оптрон подает свои 12в. Прозвонив цепь. Ненащупал связи ни на плюсе ни на минусе с общим питанием, хотя запитывается все от одного ситочника. Навсякий отпрон прилепил.

Не знаю парвильно ли я его пририсовал. Но на плате стоит как надо.

С остальными реле все просто, там различные цепи включаются по кнопочному переключателю, которые коммутируют релешки. Нагрузка различная от 2 до 5а. Сам переключатель такую нагрузку не вывезет.

А что сюда еще было бы правильным добавить или изменить на ваш взгляд?

Правильную схему я уже давал, вставлю её ещё раз:
Как видите, никакой разницы с вашей схемой, кроме резистора R2. Он служит для снижения тока перезаряда затворной ёмкости, это позволяет ослабить некоторые неприятные нюансы работы полевого ключа (он ведь очень скоростной, и R2 чуток замедляет его работу). Ещё один полезный элемент, устраняющий опасные режимы ключа, который не отображён на моей схеме — это 15-вольтовый стабилитрон параллельно резистору R1. Он защитит от пробоя затворную изоляцию ключа (она очень тонкая и пробивается при 20. 25 вольт даже от статического электричества при прикосновении к схеме пальцем, а стабилитрон не даёт затворному напряжению подняться до такой величины).

На моей схеме применён N-канальный ключ, на вашей — P-канальный. Разницей это не считается, поскольку принцип совершенно одинаковый и одна превращается в другую заменой N P и сменой полярности питания на обратную. Но есть парочка нюансов. Во-первых, у N-ключей лучше ключевые свойства (меньше сопротивление открытого канала, чем у P, поэтому они меньше греются), из-за чего они чаще применяются, производятся в большем количестве типов и поэтому доступнее в выборе. Я не понимаю, с чего вам взбрендило делать полевой ключ именно на P-канальном транзисторе. Впрочем, одна догадка у меня есть — видимо, вам обязательно надо, чтобы один из концов нагрузки был заземлён, а при применении N-ключа нагрузка была бы подключена не к земле (-12), а к +12. Я угадал?
Ну и последнее: если схема управления ключом и нагрузочная цепь питаются от общего 12-вольтового источника, то ни реле, ни оптрон в ней не нужны, и управляющий сигнал можно без этих лишних элементов подавать сразу на затвор (желательно через резистор R2). Я уже упоминал про это, и считаю полезным повторить.

видимо, вам обязательно надо, чтобы один из концов нагрузки был заземлён, а при применении N-ключа нагрузка была бы подключена не к земле (-12), а к +12. Я угадал?

Да, все завязано и все связано с минусом. Там очень много нюансов, но в целом, завязка на минусе наиболее целеобразное решение. Это многосоставное устройство, в целом нечто среднее между чпу и автоматикой.
Но вот еще хотел спросить, если запаралелить два идиентичных полевика, это уменьшит сопротивление и тепловыделение?

UPD.
Уже неактуально. Подобрал резисторы на затвор так что бы там было как можно ближе к 12в. Ключ теперь полностью открывается и вообще перестал греться. Все же радиатор для него лишний оказался. В реальных условиях его нагрузка это 6а. 10а это теоретический запас что бы было.

В любом случае спасибо за развернутые ответы, они очень сильно помогли.

Читайте также  Основные технические требования предъявляемые к измерительным приборам

Если цепь нагрузки допускает общий провод с цепью управления (а ещё лучше — и общее питание), то вам годится вот такая схема:

Но тут есть нюанс — обратите внимание, что в исходной схеме с реле с общим проводом соединён минус нагрузки, а в схеме с полевым N-канальным транзистором — плюс. Датчик, создающий управляющий сигнал, тоже перевёрнут аналогичным образом. Если ваша система позволяет так переключить нагрузку и датчик, то так и используйте. Если не позволяет — тогда вместо N-канального транзистора в ней придётся применить P-канальный (схема при этом переворачивается, не меняясь по принципу, и плюс меняется на минус).

Теперь про вариант, когда общий провод у цепей нагрузки и управления не допускается. Тогда придётся воспользоваться оптроном :

Ну и насчёт мощного полевика, который выдержит ток более 10 ампер. Сопротивление полевого ключа в открытом состоянии очень маленькое — сотые доли ома, а то и миллиомы. Если задать это сопротивление равным 10 миллиом, то при токе 10 ампер на транзисторе будет рассеиваться тепловая мощность 0,01*10=0,1 Вт, одна десятая ватта. Такую мощность полевик рассеет без перегрева, даже если его не снабдить радиатором, за счёт одного только собственного корпуса и выводов.
Какой же это полевик? Есть специальные сервисы по подбору электронных компонентов по их параметрам. Я взял первый попавшийся, завёл туда сопротивление канала менее 10 миллиом, максимальное напряжение стока не менее 100 вольт, максимальный ток стока более 25 ампер, канал N-типа, и получил вот такой список:

IRFS150
IRFS540
SSH60N10
SSH60N10A
IRFP251
SSH40N15
SSH40N15A
BUZ900X4S
MNT-LB32N16
MNT-LB32N16-C4
KMB050N60P
KF50N06P
IPB009N03L
FDMS2506SDC
2SK3811
NP110N03PUG I
RLB3034
IRLB3034PBF
IRFP4004
RJK0406JPE

Разумеется, этот сервис не единственный, есть ещё и ещё (их много).

Принцип работы и схема подключения твердотельного реле

ТТР (Твердотельное реле) (англ. SolidStateRelay (SSR) – полупроводниковое устройство, рассчитанное на управление изменений электрического тока. Главное назначение устройства – изоляция между цепями напряжения.

ТТР – регулятор мощности напряжения, обеспечивает правильную функциональность электрических систем различного оборудования, контролирует и управляет включением и выключением приборов.

Принцип действия

Схема всех SSR практически одинаковая, даже если есть разница, она никак не влияет на принцип действия.

Схема SSR постоянного тока

Принцип действия механизма заключается в замыкании и размыкания контактов, которые передают напряжение. Выполняется это с помощью активатора, то есть твердотельного прибора.В зависимости от характера тока (переменного или постоянного) используется тип силового элемента (полупроводниковый прибор). Для постоянного тока используются транзисторы, для переменного – симисторы и тиристоры. Транзистор пропускает постоянный ток. Симистор проводит ток в двух направлениях, а тиристор может проводить напряжение и в 1ом и в 2х направлениях.

Схема твердотельного реле переменного тока

На вход поступает электрический сигнал, дальше он подаётся на оптический светодиод. Оптическая развязка обеспечивает изоляцию между входной, промежуточной и выходной цепью. В работу включается триггерная цепь. Она управляет переключением выхода ТТР. Переключающая цепь передает напряжение на нагрузку, которая представлена транзистором, тиристором или симистором. Защитная цепь нужна для надежной работы ТТР при различных нагрузках.

Для предотвращения сгорания контактов устройства, рекомендуется установка предохранителя.

Виды устройства

SSR различаются по следующим свойствам.

  1. Характер тока в сети
  • Однофазное реле способно коммутировать электрический ток от 10 до 120 А или от 100 до 500 А. Управление проводится через фазу с помощью аналогового сигнала (непрерывный по времени) и переменного резистора (элемент электрической цепи). Как правило, корпус однофазного SSR стандартный, модульный (завершенная конструкция).

Однофазное реле используется в бытовых приборах.

Рекомендация. Установка однофазного ТТР в электрическую систему обезопасит домашнюю технику от поломки.

  • Трехфазное релекоммутирует электричество на трёх фазах сразу. Диапазон напряжения 10 – 120 А. Отдельными характеристиками обладает реверсивное трехфазное ТТР. Выделяется надёжной коммутацией цепей. Сфера использования – непостоянная работа двигателя.

Чтобы не происходило перенапряжение, используется варистор (полупроводниковый резистор)или предохранитель. Трёхфазное SSR имеет долгий срок использования в сравнении с однофазным устройством.

  1. Способ управления
  • Коммутация постоянного тока. Применяется при постоянном напряжении от 3 до 32 вольт. Отличаются высокой надежностью работы. Поддержка температур от -30 до +70 соблюдается практически у всех моделей.
  • Коммутация переменного тока. SSR переменного тока характеризуется маленьким соотношением электромагнитных помех, бесшумностью, экономным энергопотреблением и оперативной работой. Диапазон напряжения от 90 до 250 вольт.
  • Реле, управляемое вручную. Оно позволяет управлять настройками.

Коммутация – процесс переключение и отключение напряжения. Происходит моментально при замыкании и размыкании цепей.

  1. Тип коммуникации
  • Конструкция с фазовым регулятором мощности. Тип коммуникации – изменения на выходе нагрузки с управлением мощности, нагреванием (уровень освещения).
  • Прибор, контролируемый нулевым регулятором мощности. Область использования –коммутация ёмкостных (конденсатных) резистивных (лампы и нагреватели) слабо индуктивных приборов. SSR с нулем необходимы для коммутации индуктивных (трансформаторы, двигатели) и резистивных нагрузок при необходимости мгновенного действия.
  1. По конструкции
  • Устанавливаемые на одну рейку.
  • Монтируемые на планки переходного типа.

Сферы применения

Твердотельное реле 12в

SSR не заменит полностью электромагнитный аналог, но во многих областях превосходит его в применении.

Сфера применения достаточно обширная. Его устанавливают в том оборудования, где нужно надежное и длительное использование системы.

  • Для поддержания постоянной температуры в технологическом процессе.
  • Регулятор мощности тока.
  • При замене пyскателя реверсивного типа.
  • Электрический двигатель.
  • Датчик движения.
  • Датчик освещения.
  • Диммер (выключатель с регулировкой яркости лампы).
  • Производственные станки.
  • Регулятор температуры камеры.

Далеко не весь список использования.

Преимущества использования

Твердотельное реле применяется в различных электрических цепях- низковольтных, высоковольтных. От простейшего бытового прибора, которое имеется в каждом доме до крупного промышленного объекта.

  • Компактный размер даёт возможность использования в ограниченных пространством условиях, и перемещать его.
  • Более точный и стабильный регулятор температуры по сравнению с электромагнитным устройством.
  • Скорость быстрого включения в работу без потребности долгого запуска.
  • Экономия электроэнергии из-за использования полупроводников вместо электромагнитного разнесения.
  • Надёжность работы. Реле может выполнить более миллиарда срабатываний.
  • Долгий срок эксплуатации без необходимости прохождения постоянного технического обслуживания.
  • Отсутствие источников искр.
  • Включение в цепь без помех из-за герметичной конструкции.
  • Бесшумность работы.
  • Не происходит дребезжания благодаря быстрому старту.
  • Широкая сфера применения. ТТР используется для регулятора работы многих устройств.

Как выбрать полупроводниковое устройство?

Покупая твердотельное реле нужно обратить внимание на его основные характеристики:

  • Вид SSR.
  • Материал корпуса.
  • Тип включения – быстрый или постепенный.
  • Производитель.
  • Наличие крепежей.
  • Уровень потребления электроэнергии.
  • Размер ТТР.
  • Необходимо учесть коммутируемый регулятор напряжение.

Важно! Реле должно иметь большой запас мощности напряжения для его надежного и продолжительного использования. Иначе при скачке напряжения произойдёт поломка.

Выполняя работы по проведению электрической системы помещения и устанавливая оборудование, вне зависимости от его масштабов, важно чтобы всё работало надежно и исправно. Осуществлению этого способствует полупроводниковое устройство. При верном подборе типа SSR и правильной установке, оно будет долговечно.

Что такое твёрдотельное реле?

Устройство и параметры твёрдотельных реле

Радиоэлектроника развивается стремительными темпами и то, что совсем недавно использовалось повсеместно, в настоящее время кажется пережитком далёкой старины. Электромеханическое реле ещё активно используется, но на смену ему идёт принципиально новый электронный прибор – твёрдотельное реле.

В англоязычной технической литературе твердотельное реле (ТТР), имеет сокращённое обозначение SSR (Solid State Relays).

Твёрдотельное реле служит для управления силовыми цепями с помощью низковольтной цепи управления. В качестве коммутатора силовой цепи используются мощные ключи на полупроводниковых структурах, выполненных по типу: транзистора, тиристора или симистора.

По сути, твёрдотельное реле является аналогом всем знакомого электромеханического, но выполненного по полупроводниковой технологии.

Такие реле, в зависимости от типа, могут работать как в цепях переменного, так и постоянного тока.

Принцип работы твёрдотельного реле.

Работает твердотельное реле следующим образом: управляющий сигнал подаётся на светодиод. Оптическое излучение вызывает на фотоприёмнике (фотодиоде) появление ЭДС. Это напряжение подаётся на управляющую схему, которая вырабатывает сигнал для управления выходным ключом.

Таким образом, вся работа твёрдотельного реле осуществляется в нескольких ступенях разделённых между собой:

Входная цепь (излучающий диод).

Фотодиод с триггером управления (схема управления).

Цепь коммутации (симистор).

Цепь защиты выходного ключа (варистор и т.п.).

В зависимости от назначения и параметров твёрдотельного реле оно может иметь различное устройство. Как уже говорилось, в качестве силового ключевого элемента, который коммутирует ток нагрузки, может быть использован симистор, МДП-транзистор, тиристор, диод, биполярный транзистор или IGBT-транзистор. Благодаря этому в продаже можно найти твёрдотельное реле под любую задачу.

Основных параметров у твёрдотельного реле немного:

Коммутируемое напряжение Uмакс;

Коммутируемый ток Iмакс;

Качественные отличия твёрдотельных реле от электромеханических.

Почему твёрдотельные полупроводниковые реле всё активней занимают место «классических» электромеханических? Как известно, у электромеханических реле недостатков много: большое время срабатывания, подгорание контактов (как следствие, низкая надёжность), дребезг контактов, искрение (вызывает помехи в работе аппаратуры).

По сравнению с электромагнитными реле, твёрдотельные обладают рядом несомненных преимуществ:

Допускается не менее миллиарда переключений, что в тысячу раз превышает этот показатель у обычных электромеханических.

Совместимость с уровнями логических микросхем. То есть SSR можно управлять прямо с выхода микросхем.

Отсутствие контактов а, следовательно, и дребезга.

Бесшумная работа, вибростойкость, высокое быстродействие.

Очень малое энергопотребление.

Следует отметить, что твёрдотельные реле очень чувствительны к превышению, как напряжения, так и тока. Поэтому, выбирая твердотельное реле необходимо всегда учитывать запас минимум в 20 %. Есть ещё два очень важных момента, на которые необходимо обращать внимание. Эти устройства очень боятся перегрева, а при работе полупроводниковая структура сильно нагревается, поэтому наличие радиатора необходимо. Очень часто коммутируемую цепь шунтируют варистором для защиты от импульсных выбросов.

Читайте также  Как рассчитать нихромовую спираль для нагревателя?

Маломощные твёрдотельные реле.

Существует целая серия твердотельных реле рассчитанных на работу с небольшими токами и напряжениями. Их принято называть телекоммуникационными реле или MER (MicroElectronic Relay). Как правило, они рассчитаны на коммутацию нагрузки небольшой мощности.

Маломощные полупроводниковые реле имеют очень небольшие размеры и прекрасно зарекомендовали себя, работая в многофункциональных телефонных аппаратах, контрольно-измерительной аппаратуре, модемах, приёмно-контрольных приборах систем охранной и пожарной сигнализации.

Поскольку они работают в слаботочных системах, их внутренняя схемотехника заметно упрощена с целью снижения себестоимости. Особенно удобно их использование в системах оповещения о пожаре или несанкционированном проникновении. В этих системах требуется очень высокий уровень надёжности, который далеко не всегда могут обеспечить электромагнитные реле. Рассмотрим устройство слаботочного реле CPC1035.

Как видно из рисунка, такое реле представляет собой комбинированное устройство. В его составе есть высокоэффективный излучающий AsGaAl-инфракрасный диод. Он является управляющей цепью (Control). Нагрузку (Load) коммутирует сдвоенный MOSFET транзистор. Благодаря сдвоенному MOSFET транзистору реле допускает коммутацию переменного тока. Как только на инфракрасный диод подаётся напряжение, он начинает излучать. Излучение принимается фотодиодной матрицей, в которой создаётся фото-ЭДС. Далее, полученное от фотоматрицы напряжение (фото-ЭДС), подаётся на управляющую схему. Та в свою очередь управляет ключом из полевых транзисторов. Цепь нагрузки начинает пропускать ток. Как видим, в основе любого твёрдотельного реле лежит полупроводниковая технология.

Основные параметры CPC1035:

Коммутируемое переменное напряжение (Blocking Voltage) — 0. 350 В;

Максимальный ток нагрузки (Load Current) — 100 мА;

Максимальное сопротивление ключа во включенном состоянии (Max On-resistance) — 35 Ом;

Величина управляющего тока — 2. 50 мА (Ток управления — постоянный).

Такие маломощные и миниатюрные реле активно используются в охранных датчиках. Вот, например, реле COSMO типа CPC1008 на плате датчика движения «Фотон-Ш». Оно подключается в охранный шлейф приёмно-контрольного прибора (например, ППКОП «Гранит») или к линии, которая подключена к пульту центрального наблюдения (ПЦН).

Твёрдотельные реле серии CPC10xx также есть в составе охранного датчика «Астра-621». Это многофункциональный датчик. Он контролирует движение в охраняемой зоне за счёт пироэлектрического датчика и осуществляет контроль разбития окон за счёт чувствительного микрофона. На печатной плате прибора расположено два полупроводниковых реле типа CPC1016N. Одно срабатывает при детектировании движения в охранной зоне, а другое срабатывает при разбитии окон.

Если приглядеться, то можно увидеть, что на печатной плате твёрдотельное реле обозначается как DA4 и DA5. Как известно, сокращением DA обычно указывают на схемах аналоговые микросхемы. Поэтому стоит понимать, что твёрдотельное реле это не отдельный электронный компонент, а по своей сути специализированная микросхема, наподобие ИК-приёмника.

Онлайн помощник домашнего мастера

Твердотельное реле – подключение, устройство, особенности и принцип работы

Главная особенность твердотельных реле – отсутствие в их структуре механических подвижных частей. Этот полупроводниковый прибор нашёл широкое применение в современных электронных схемах. Основное назначение твердотельного реле – активация и деактивация работы электроцепей за счёт подачи малого напряжения на управляющие узлы.

Твердотельное реле способно создавать контакты между цепями с кардинально отличающимися показателями напряжения. Оно может взаимодействовать как с постоянным, так и с переменным током, по аналогичному принципу со стандартными электромеханическими устройствами.

Краткое содержимое статьи:

Конструкция и принцип работы твердотельного реле

По технологии создания твердотельные реле можно отнести к гибридным устройствам. Функцию контактной группы в твердотельных реле берёт на себе электронный силовой ключ. Это позволяет избежать возникновения дуги в процессе коммутации. Такое качество незаменимо при эксплуатации узла на участках сильного химического загрязнения.

Среди других плюсов элемента можно выделить:

  • сверхбыструю реакцию на поступивший сигнал (тысячные доли миллисекунд);
  • отсутствие гистерезиса;
  • большой диапазон рабочих температур;
  • бесшумное изменение параметров цепи.

Свою основную функцию твердотельные реле выполняют за счёт полупроводниковых элементов. Процесс действия схож с классическим реле, которое, как мы знаем, включает в себя управляющие катушки и специальные контакты. При подаче напряжения происходит замыкание, либо размыкание контактов. Альтернативой этим контактам и являются полупроводниковые приборы.

Чаще всего в составе твердотельных реле таковыми являются симисторы, тиристоры и транзисторы. Приборы, выпускаемые в массовом производстве, имеют в составе такие элементы, которые дают возможности регулировать ток до 100+ А.

Схема для подключения реле

Все полупроводниковые устройства такого рода поделены на участки, среди которых: входная часть, оптическая развязка, триггер, а также цепи переключения и защиты. На входе присутствует отдельная первичная цепь, куда последовательным способом включено сопротивление. Главная задача входного участка – принимать импульсы, передавая их в дальнейшем на участок коммутации.

На схемах и фото твердотельного реле видно, что две цепи имеют между собой изоляционный слой. Его роль выполняет оптическая развязка. От типа и особенностей развязки зависят общие конечные характеристики прибора и особенности его работы.

Чтобы понимать, как правильно подключить твердотельные реле, необходимо подробнее разобраться в его конструкции. Так, сигнал на входе обрабатывается при помощи триггерной цепи. Цепь представляет собой индивидуальную деталь конструкции и активно задействуется в переключении выхода. Она, в зависимости от структуры прибора, может также входить в состав вышеупомянутой развязки.

Регулирование напряжения нагрузки происходит на участке, где расположены транзистор, симистор и диод из кремния.

Дополнительно должна быть установлена защитная система, предохраняющая узел от возможных проблем в работе. Цепь защиты может быть внутренней, либо внешней.

Виды твердотельных реле

По нагрузке

Конкретный тип прибора определяется разновидностью используемой нагрузки. По этому параметру реле делятся на однофазные и трёхфазные:

  • Однофазные работают с током от 10 до 120 А, либо от 100 до 500 А. Регулирование фазы происходит за счёт аналогового сигнала и элемента сопротивления.
  • Трёхфазные приборы осуществляют соединение на всех трёх участках сразу. Их рабочий диапазон также составляет от 10 до 120 А. Существуют отдельные вариации приборов, работающих по принципу реверса и осуществляющих бесконтактную коммутацию.

По конструкции

По разновидности конструкции твердотельные реле могут быть:

  • Стандартные. Закрепляются на переходные планки;
  • Предназначенные для установки на металлический профиль (DIN-рейки).

По типу управления

По типу управления и характеристикам используемого напряжения приборы делятся на:

Устройства постоянного тока. Работают под действием стабильного электричества. Параметры мощности – от 3 до 32 Вт. Для данного типа характерны большие удельные показатели, наличие светодиодных индикаторов, высокий параметр надёжности. Практически для всех наименований приборов оптимальной рабочей температурой являются цифры от -30 до +70°C.

Устройства переменного тока. Их главный плюс – практически полное отсутствие э-м помех, малый показатель шума при работе, экономия в плане потребления электричества и оперативность самой работы. Диапазон рабочей мощности – от 90 до 250 Вт.

Устройства с мануальным управлением. В них вы можете сами выбрать оптимальный тип действия. Подобная функция реализована за счёт использования переменных резисторов.

По методу коммутации

Исходя из метода коммутации, приборы подразделяются на:

Осуществляющие переход через 0. Способны регулировать нагрузки емкостные, редуктивные, а также низкие индукции. При подаче сигнала управления, напряжение на выходе возникает в момент достижения напряжением линейным нулевой отметки.

Вследствие чего наблюдается снижение стартового показателя тока, устраняются сторонние помехи и повышается длительность использования коммутируемых параметров. Этот подвид реле не способен осуществлять коммутацию высоких индукций, для условных трансформаторов, работающих в режиме ХХ, он недопустим к применению.

С моментальной (случайной) активацией. Эти устройства идут в ход, если нам требуется очень быстрое включение. Напряжение на выходе появляется вместе с пуском сигнала управления. Задержка активации, как правило, составляет не больше 1 мс. Большой минус таких приборов – импульсные погрешности, а также изначальные броски тока, наблюдаемые при изменении параметров.

С фазовым воздействием. Такие устройства дают возможность менять напряжение нагрузки на выходе. Благодаря данной функции, вам удастся настроить необходимую мощность для источников света и тепла.

Особенности эксплуатации

Как понятно из принципа работы, твердотельное реле актуальнее всего использовать в случаях, когда за малый период времени необходимо большое количество раз подать и снять нагрузку. Электромеханические приборы с такой задачей справляются плохо, быстро теряют свои свойства и просто-напросто ломаются. В них регулярно нужно очищать контакты, и даже, если вы будете это делать, риск выгорания или залипания контакта всё равно огромен.

Твердотельные приборы, в свою очередь, обеспечивают высокую надёжность, а также тихую и бесперебойную работу. Кроме того, они обладают компактными размерами. Но при этом имеют заметно большую стоимость, чем электромеханические узлы. Поэтому, если имеет место фактор экономии, полупроводники не всегда являются оптимальным вариантом.

В целом, устройство активно используется для создания промышленных машин, в горной, металлургической, химической и медицинской сферах. С его помощью также создают изделия для обороны и реализуют процессы телеметрии.

Для правильной эксплуатации прибора, а также, если вы хотите знать, как проверить твердотельное реле, стоит запомнить следующие тезисы:

  • Соединение в устройствах производится винтовым методом. Пайка для данной цели не используется.
  • Дабы не нарушить целостность корпуса и не допустить выхода прибора из строя, оградите его попадания пыли, частиц металла и любых механических воздействий извне.
  • Держите реле как можно дальше от легко возгораемых предметов. Не трогайте устройство в активной фазе его работы, существует риск получения ожога.
  • Прежде чем включить прибор, проверьте, верно ли реализована коммутация.
  • Если температура корпуса достигла отметки свыше 60°C, поместите прибор на охлаждающий радиатор.
  • Ни в коем случае не допускайте короткого замыкания на участке выхода. Это приведёт к мгновенной поломке устройства.