Un relé d'estat sòlid de xarxa de corrent altern o SSR és un dispositiu que s'utilitza per canviar càrregues de CA pesades a nivell de xarxa, mitjançant disparadors de tensió CC mínims aïllats, sense incorporar contactes mecànics en moviment.
En aquest post aprenem a construir un relé d’estat sòlid simple o un circuit SSR mitjançant un Triac, BJTs, un acoblador opto de pas zero.
Avantatge de SSR d’estat sòlid respecte als relés mecànics
El tipus mecànic de relés pot ser força ineficient en aplicacions que requereixen una commutació molt suau, molt ràpida i neta.
El circuit proposat d'un SSR es pot construir a casa i utilitzar-lo en llocs que requereixen un maneig de càrrega realment sofisticat.
En aquest article es descriu un circuit de relés d’estat sòlid amb detector de creuament de zero integrat.
El circuit és molt fàcil d’entendre i construir, però ofereix funcions útils, com ara commutació neta, lliure de pertorbacions de RF i capaç de manejar càrregues de fins a 500 watts. Hem après molt sobre els relés i el seu funcionament.
Sabem que aquests dispositius s’utilitzen per canviar càrregues elèctriques pesades a través d’un parell de contactes aïllats externs, en resposta a un petit impuls elèctric rebut d’una sortida de circuits electrònics.
Normalment, l’entrada del disparador es troba a les proximitats de la tensió de la bobina del relé, que pot ser de 6, 12 o 24 V CC, mentre que la càrrega i el corrent commutats pels contactes del relé es troben majoritàriament a nivells de corrent altern.
Bàsicament, els relés són útils perquè són capaços de commutar connexions pesades als seus contactes sense posar en perill el potencial perillós amb el circuit electrònic vulnerable a través del qual s’està canviant.
Tot i això, els avantatges s’acompanyen d’alguns inconvenients crítics que no es poden ignorar. Com que els contactes impliquen operacions mecàniques, de vegades són força ineptes amb circuits sofisticats que requereixen una commutació molt precisa, ràpida i eficient.
Els relés mecànics també tenen la mala reputació de generar interferències de RF i soroll durant el canvi, cosa que també provoca la degradació dels seus contactes amb el temps.
Per obtenir una SSR basada en MOSFET, si us plau consulteu aquest post
Utilització de SCR ot Triac per fer SSR
Es creu que els triacs i els SCR són bons reemplaçaments en llocs on els relés anteriors resulten ineficients, però també poden implicar problemes de generació d’interferències de RF durant el funcionament.
També els SCR i els Triacs, quan s’integren directament als circuits electrònics, requereixen que la línia de terra del circuit estigui connectada amb el seu càtode, cosa que significa que la secció del circuit ja no està aïllada de les tensions de CA letals del dispositiu, un greu inconvenient pel que fa a la seguretat del l'usuari està preocupat.
Tanmateix, es pot implementar un triac de manera molt eficient si es compleixen completament els inconvenients comentats anteriorment. Per tant, les dues coses que s’han d’eliminar amb triacs, si s’han de substituir eficientment per relés, són la interferència de RF durant el canvi i l’entrada de la xarxa elèctrica perillosa al circuit.
Els relés d’estat sòlid estan dissenyats exactament amb les especificacions anteriors, cosa que elimina la inferència de RF i també manté les dues etapes completament allunyades de les altres.
Les SSR comercials poden costar molt i no es poden fer servir si alguna cosa surt malament. Tanmateix, fer un relé d'estat sòlid i utilitzar-lo per a l'aplicació necessària pot ser exactament el que el 'metge havia ordenat'. Com que es pot construir mitjançant components electrònics discrets, es pot reparar, modificar i, a més, us proporciona una idea clara sobre les operacions internes del sistema.
Aquí estudiarem la fabricació d'un relé d'estat sòlid senzill.
Com funciona
Com es va comentar a la secció anterior, en el disseny del circuit de relés d’estat sòlid o SSR proposat, la interferència de RF es comprova forçant el triac a canviar només al voltant de la marca zero de la fase sinusoïdal AC i l’ús d’un acoblador opto garanteix que l’entrada sigui allunyat del potencial de corrent altern present amb el circuit triac.
Intentem entendre com funciona el circuit:
Com es mostra al diagrama, l’acoblador opto esdevé el portal entre el disparador i el circuit de commutació. El disparador d’entrada s’aplica al LED de l’opto que il·lumina i fa que el fototransistor es condueixi.
El voltatge del fototransistor passa a través del col·lector fins a l’emissor i finalment arriba a la porta del triac per accionar-lo.
L’operació anterior és força ordinària i s’associa habitualment al desencadenant de tots els Triacs i SCR. Tanmateix, això pot no ser suficient per eliminar el soroll de RF.
La secció que comprèn els tres transistors i algunes resistències s’introdueix especialment amb l’objectiu de comprovar la generació de RF, assegurant-se que el triac es condueix només a les proximitats dels llindars zero de la forma d’ona sinusoïdal de corrent altern.
Quan s’aplica una xarxa de CA al circuit, es disposa d’una CC rectificada al col·lector del transistor opto i es condueix tal com s’ha explicat anteriorment, però la tensió a la unió de les resistències connectades a la base de T1 s’ajusta de manera que es condueix immediatament després que la forma d'ona de CA augmenti per sobre de la marca de 7 volts. Durant tant de temps la forma d'ona es manté per sobre d'aquest nivell mantenint el T1 encès.
Això fonamenta la tensió del col·lector del transistor opto, inhibint la conducció del triac, però en el moment en què la tensió arriba a 7 volts i s’acosta a zero, els transistors deixen de conduir permetent que el triac canviï.
El procés es repeteix durant el mig cicle negatiu quan T2, T3 es condueix en resposta a tensions superiors a menys de 7 volts, fent que el triac es dispara només quan el potencial de fase s’acosta a zero, eliminant efectivament la inducció d’interferències de RF creuant zero.
Diagrama de circuits del circuit SSR d’estat sòlid
Llista de peces per al circuit de relés d'estat sòlid proposat
- R1 = 120 K,
- R2 = 680 K,
- R3 = 1 K,
- R4 = 330 K,
- R5 = 1 M,
- R6 = 100 ohms 1 W,
- C1 = 220 uF / 25 V,
- C2 = 474/400 V Polièster Metalitzat
- C3 = 0,22uF / 400V PPC
- Z1 = 30 volts, 1 W,
- T1, T2 = BC547B,
- T3 = BC557B,
- TR1 = BT 36,
- OP1 = MCT2E o similar.
Disseny de PCB
Utilitzant SCR Opto-Coupler 4N40
Avui, amb l'arribada dels optoacobladors moderns, fer un relé d'estat sòlid (SSR) d'alt grau s'ha convertit en una tasca fàcil. El 4N40 és un d'aquests dispositius que utilitza un SCR fotogràfic per al desencadenament aïllat necessari d'una càrrega de CA.
Aquest optoacoblador es pot configurar simplement per crear un circuit SSR altament fiable i eficaç. Aquest circuit es pot utilitzar per activar una càrrega de 220V mitjançant un control lògic de 5V completament aïllat, tal com es mostra a continuació:
Imatge cortesia: Farnel
Anterior: Circuit intermitent LED de 12V cadena Següent: 3 circuits provats de tall de baixa i alta tensió de 220V mitjançant IC 324 i transistors
