Circuit de relé d'estat sòlid (SSR) mitjançant MOSFET

Proveu El Nostre Instrument Per Eliminar Problemes





Els relés d’estat sòlid o SSR són interruptors elèctrics d’alta potència que funcionen sense implicar contactes mecànics, sinó que utilitzen semiconductors d’estat sòlid com MOSFET per canviar una càrrega elèctrica.

Els SSR es poden utilitzar per operar càrregues d’alta potència, mitjançant un petit voltatge d’activació d’entrada amb un corrent insignificant.



Aquests dispositius es poden utilitzar tant per operar càrregues de CA d'alta potència Càrregues de CC .

Els relés d 'estat sòlid són altament eficients en comparació amb els relés electromecànics degut a algunes característiques diferents.



Característiques principals i avantatges de SSR

Les principals característiques i avantatges dels relés d 'estat sòlid o SSR són:

  • Els SSR es poden construir fàcilment mitjançant un nombre mínim de peces electròniques ordinàries
  • Funcionen sense cap forma de so de clic a causa de l'absència de contactes mecànics.
  • Ser estat sòlid també significa que els SSR poden canviar a una velocitat molt més ràpida que els tipus electromecànics tradicionals.
  • Els SSR no depenen del subministrament extern per activar-los, sinó que extreuen el subministrament de la pròpia càrrega.
  • Funcionen amb un corrent insignificant i, per tant, no esgoten la bateria en sistemes que funcionen amb bateria. Això també garanteix un corrent d'inactivitat insignificant per al dispositiu.

Concepte bàsic de treball SSR mitjançant MOSFET

En una de les meves publicacions anteriors vaig explicar com es basava un MOSFET commutador bidireccional es podria utilitzar per operar qualsevol càrrega elèctrica desitjada, igual que un estàndard interruptor mecànic , però amb avantatges excepcionals.

Es podria aplicar el mateix concepte de commutador bidireccional MOSFET per fer un dispositiu SSR ideal.


Per obtenir una SSR basada en Triac, consulteu a aquesta publicació


Disseny SSR bàsic

concepte bàsic de disseny SSR de relés d

En el disseny bàsic d’SSR que es mostra anteriorment, podem veure un parell de MOSFET T1 i T2 adequadament classificats connectats d’esquena amb esquena amb els seus terminals d’origen i de porta units entre si.

D1 i D2 són els díodes del cos intern dels respectius MOSFET, que poden ser reforçats amb díodes paral·lels externs, si cal.

També es pot veure connectat un subministrament de corrent continu a través dels terminals de porta / font comuns dels dos MOSFET. Aquest subministrament s’utilitza per activar els MOSFET ON o per activar l’encesa permanent dels MOSFET mentre la unitat SSR estigui operativa.

El subministrament de corrent altern que podria estar fins al nivell de la xarxa elèctrica i la càrrega es connecten en sèrie a través dels dos desaigües dels MOSFET.

Com funciona

El funcionament del relé d’estat venut proposat es pot entendre fent referència al següent esquema i als detalls corresponents:

funcionament SSR de mig cicle positiu funcionament negatiu de SSR de mig cicle

Amb la configuració anterior, a causa del subministrament de la porta d'entrada connectada, T1 i T2 es troben en posició ON. Quan l’entrada de CA del costat de càrrega està activada, el diagrama esquerre mostra com es duu a terme el cicle mitjà positiu a través del parell MOSFET / díode (T1, D2) i el diagrama de la dreta que mostra el comportament del cicle de CA negatiu a través de l’altre MOSFET complementari / parell de díodes (T2, D1).

Al diagrama esquerre trobem que un dels semicicles de CA passa per T1 i D2 (T2 és polaritzat inversament) i, finalment, completa el cicle mitjançant la càrrega.

El diagrama lateral dret mostra com l'altre mig cicle completa el circuit en la direcció oposada mitjançant la conducció a través de la càrrega, T2, D1 (T1 s'inverteix esbiaixat en aquest cas).

D’aquesta manera, els dos MOSFET T1, T2 juntament amb els seus respectius díodes corporals D1, D2, permeten la realització de tots dos semicicles de la CA, alimentant perfectament la càrrega de CA i assolint el paper SSR de manera eficient.

Realització d’un Circuit SSR pràctic

Fins ara hem après el disseny teòric d'un SSR, ara anem a veure com es podria construir un mòdul de relé d'estat sòlid pràctic per canviar una càrrega de CA d'alta potència desitjada, sense cap entrada externa de CC.

El circuit SSR anterior es configura exactament de la mateixa manera que es comentava en el disseny bàsic anterior. No obstant això, aquí trobem dos díodes addicionals D1 i D2, juntament amb els díodes corporals MOSFET D3, D4.

Els díodes D1 i D2 s’introdueixen amb un propòsit específic, de manera que formen un rectificador pont junt amb els díodes corporals D3, D4 MOSFET.

El petit interruptor d’APAGADA es podria utilitzar per encendre / apagar l’SSR. Aquest commutador podria ser un interruptor reed o qualsevol interruptor de baix corrent.

Per canviar d’alta velocitat, podeu substituir l’interruptor per un optoacoblador com es mostra a continuació.

En essència, el circuit ara compleix 3 requisits.

  1. Potencia la càrrega de CA mitjançant la configuració MOSFET / Diode SSR.
  2. El rectificador de pont format per D1 --- D4 converteix simultàniament l'entrada de CA de càrrega en CC rectificat i filtrat, i aquest CC s'utilitza per esbiaixar les portes dels MOSFET. Això permet que els MOSFET s'encenguin adequadament mitjançant la pròpia CA de càrrega, sense dependre de cap CC extern.
  3. El CC rectificat es finalitza a més com a sortida auxiliar de CC que es podria utilitzar per alimentar qualsevol càrrega externa adequada.

Problema del circuit

Una mirada més detallada al disseny anterior suggereix que aquest disseny SSR pot tenir problemes per implementar la funció prevista de manera eficient. Això es deu al fet que, en el moment que el commutador de CC arriba a la porta del MOSFET, començarà a activar-se, provocant una derivació del corrent a través de la font / drenatge, esgotant la tensió de la porta / font.

Considerem el MOSFET T1. Tan bon punt la CC rectificada comenci a arribar a la porta de T1, començarà a engegar-se a la dreta des d'uns 4 V en endavant, provocant un efecte de derivació del subministrament a través dels seus terminals de drenatge / font. Durant aquest moment, el DC lluitarà per pujar a través del díode zener i començar a baixar cap a zero.

Al seu torn, això provocarà que el MOSFET s'apagui, i es produirà un tipus de lluita o un estira i arronsa continu entre el desguàs / font del MOSFET i la porta / font del MOSFET, evitant que l'SSS funcioni correctament.

La solució

La solució al problema anterior es podria aconseguir utilitzant el següent exemple de concepte de circuit.

L'objectiu aquí és assegurar-se que els MOSFET no es conductin fins que no es desenvolupi un òptim de 15 V a través del díode zener o a través de la porta / font dels MOSFET.

L'amplificador operatiu garanteix que la seva sortida només s'activi quan la línia de CC creua el llindar de referència del díode zener de 15 V, cosa que permet a les portes MOSFET obtenir un CC de 15 V òptim per a la conducció.

La línia vermella associada al pin3 de l'IC 741 es pot alternar a través d'un acoblador opto per canviar des d'una font externa.

Com funciona : Com podem veure, l'entrada inversora de l'amplificador operatiu està lligada amb el zener de 15V, que forma un nivell de referència per al pin2 d'amplificador operatiu. Pin3 que és l'entrada no inversora de l'amplificador operacional està connectat amb la línia positiva. Aquesta configuració garanteix que el pin6 de sortida de l’amplificador operatiu produeixi un subministrament de 15V només una vegada que el voltatge del pin3 arriba a la marca de 15 V.

Canvi aïllat

La característica principal de qualsevol SSR és permetre a l'usuari un canvi aïllat del dispositiu a través d'un senyal extern.

El disseny basat en l'amplificador operatiu anterior es podria facilitar amb aquesta característica, tal com es demostra en el concepte següent:

Com funcionen els díodes com el rectificador de pont

Durant els semicicles positius, el corrent es mou per D1, 100k, zener, D3 i torna a la font de CA.

Durant l’altre mig cicle, el corrent es mou per D2, 100k, zener, D4 i torna a la font de CA.

Referència: SSR




Anterior: Aparells per protegir les dones d’agressions i assetjament Següent: Circuit del generador de referència de freqüència d’1 Hz a 1 MHz