SSR- eller halvledarreläer är elektriska strömbrytare med hög effekt som fungerar utan att involvera mekaniska kontakter, istället använder de halvledar halvledare som MOSFET för att koppla en elektrisk belastning.

SSR kan användas för att driva höga belastningar genom en liten ingångsspänning med försumbar ström.

Dessa enheter kan användas för att driva AC-belastningar med hög effekt DC-belastningar .

Solid State-reläer är mycket effektiva jämfört med elektromekaniska reläer på grund av några distinkta funktioner.

Huvudfunktioner och fördelar med SSR

De viktigaste funktionerna och fördelarna med solid state-reläer eller SSR är:

SSR kan byggas enkelt med ett minimalt antal vanliga elektroniska delar
De fungerar utan någon form av klickljud på grund av frånvaron av mekaniska kontakter.
Att vara solid state innebär också att SSR kan växla med mycket snabbare hastighet än de traditionella elektromekaniska typerna.
SSR är inte beroende av extern matning för att slå PÅ, utan extraherar matningen från själva lasten.
De arbetar med försumbar ström och tappar därför inte batteriet i batteridrivna system. Detta säkerställer också försumbar tomgångsström för enheten.

Grundläggande SSR-arbetskoncept med MOSFET

I ett av mina tidigare inlägg förklarade jag hur en MOSFET-baserad dubbelriktad omkopplare kan användas för att driva valfri elektrisk belastning, precis som en standard mekanisk brytare , men med exceptionella fördelar.

Samma MOSFET dubbelriktade omkopplingskoncept kan användas för att skapa en idealisk SSR-enhet.

För en Triac-baserad SSR hänvisas till det här inlägget

Grundläggande SSR-design

grundläggande solid state relä SSR designkoncept

I den ovan visade grundläggande SSR-designen kan vi se ett par lämpligt rankade MOSFETs T1 och T2 anslutna rygg mot rygg med sina käll- och grindterminaler förenade gemensamt med varandra.

D1 och D2 är de inre kroppsdioderna för respektive MOSFET, som kan förstärkas med externa parallella dioder, om så krävs.

En ingångs DC-matning kan också ses ansluten över de gemensamma grind- / källterminalerna på de två MOSFET-enheterna. Denna strömförsörjning används för att utlösa MOSFETs PÅ eller för att möjliggöra permanent PÅ för MOSFETs medan SSR-enheten är i drift.

“spänningsdelare med 3 motstånd ”

Växelströmsförsörjningen som kan vara upp till elnätet och belastningen är ansluten i serie över MOSFETs två avlopp.

Hur det fungerar

Funktionen för det föreslagna sålda statliga reläet kan förstås genom att hänvisa till följande diagram och motsvarande detaljer:

Med ovanstående inställning är T1 och T2 på grund av ingångsgrindanslutningen ansluten i PÅ-läge. När växelspänningsingången på lastsidan är PÅ, visar det vänstra diagrammet hur den positiva halvcykeln leder genom det relevanta MOSFET / diodparet (T1, D2) och det högra sidodiagrammet visar hur den negativa växelströmscykeln leder genom den andra kompletterande MOSFET / diodpar (T2, D1).

“hur man gör en faraday ficklampa ”

I det vänstra diagrammet hittar vi en av växelströmhalvcyklerna går genom T1 och D2 (T2 är omvänd förspänd) och slutligen slutför cykeln via belastningen.

Diagrammet på höger sida visar hur den andra halvcykeln fullbordar kretsen i motsatt riktning genom att leda genom lasten, T2, D1 (T1 är omvänd förspänd i detta fall).

På detta sätt tillåter de två MOSFET T1, T2 tillsammans med deras respektive kroppsdioder D1, D2 båda halvcyklerna i växelströmmen att leda, drar AC-belastningen perfekt och utför SSR-rollen effektivt.

Skapa en praktisk SSR-krets

Hittills har vi lärt oss den teoretiska utformningen av en SSR, låt oss nu gå vidare och se hur en praktisk solid state-relämodul kan byggas för att växla en önskad högeffekt AC-belastning utan någon extern ingångsström.

Ovanstående SSR-krets är konfigurerad exakt på samma sätt som diskuterades i den tidigare grundkonstruktionen. Men här hittar vi ytterligare två dioder D1 och D2, tillsammans med MOSFET-kroppsdioderna D3, D4.

Dioderna D1, D2 introduceras för ett specifikt ändamål så att den bildar en brygglikriktare i samband med D3, D4 MOSFET-kroppsdioderna.

Den lilla AV-omkopplaren kan användas för att slå på / stänga av SSR. Denna omkopplare kan vara en reed-omkopplare eller vilken som helst lågströmsknapp.

För växling med hög hastighet kan du byta ut strömbrytaren mot en optokopplare enligt nedanstående.

I grund och botten uppfyller kretsen nu tre krav.

Den driver AC-belastningen genom MOSFET / Diode SSR-konfigurationen.
Brygglikriktaren bildad av D1 --- D4 omvandlar samtidigt belastningen AC-ingång till likriktad och filtrerad likström, och denna likström används för att förspänna portarna till MOSFET. Detta gör att MOSFET: erna kan sättas PÅ korrekt genom själva belastningen, utan att det är beroende av någon extern DC.
Den likriktade likströmmen avslutas vidare som en extra likströmsutgång som kan användas för att driva valfri lämplig extern belastning.

Kretsproblem

En närmare titt på ovanstående design antyder att denna SSR-design kan ha problem med att implementera den avsedda funktionen effektivt. Detta beror på att det ögonblick som växelströmmen anländer till porten till MOSFET, kommer den att starta PÅ, vilket orsakar en förbikoppling av strömmen genom avloppet / källan och tappar grinden / källspänningen.

Låt oss överväga MOSFET T1. Så snart den korrigerade likströmmen börjar nå grinden till T1, kommer den att starta PÅ rätt från cirka 4 V och framåt, vilket orsakar en förbikopplingseffekt av matningen via dess avlopps- / källterminaler. Under detta ögonblick kommer DC att kämpa för att stiga över zenerdioden och börja sjunka mot noll.

Detta kommer i sin tur att få MOSFET att stängas AV, och den kontinuerliga föråldrade slags kamp eller en dragkamp kommer att inträffa mellan MOSFET-avloppet / -källan och MOSFET-grinden / källan, vilket förhindrar att SSR fungerar korrekt.

Lösningen

Lösningen på ovanstående fråga kan åstadkommas med hjälp av följande exempel på kretskoncept.

Målet här är att se till att MOSFET inte leder förrän en optimal 15 V utvecklas över zenerdioden, eller över MOSFETs grind / källa

“hur man gör en steg upp transformator ”

Op-förstärkaren säkerställer att dess utgång avfyras endast när DC-linjen passerar 15 V zener-diodreferenströskeln, vilket gör att MOSFET-grindarna kan få en optimal 15 V DC för ledningen.

Den röda linjen associerad med pin3 i IC 741 kan växlas genom en optokopplare för den nödvändiga omkopplingen från en extern källa.

Hur det fungerar : Som vi kan se är den inverterande ingången på op-förstärkaren bunden till 15V zener, som bildar en referensnivå för op amp pin2. Pin3 som är den icke-inverterande ingången till op-förstärkaren är ansluten till den positiva linjen. Denna konfiguration säkerställer att utgångsstiftet 6 på op-förstärkaren producerar en 15V-matning endast när dess pin3-spänning når över 15 V-märket. Åtgärden säkerställer att MOSFET: erna endast leder genom en giltig 15 V optimal grindspänning, vilket möjliggör en korrekt funktion av SSR.