Gör-det-själv solid-state relä: monteringsanvisningar och anslutningstips

Ett solid-state relä (SSR) är en enhet från en serie icke-mekaniska elektroniska komponenter.Frånvaron av mekanik öppnar fler möjligheter för elektronikentusiaster att göra ett solid state-relä med sina egna händer för personligt bruk.

Låt oss överväga denna möjlighet mer i detalj.

Design och funktionsprincip för TTR

Medan de flesta sådana elektronik traditionellt innehåller rörliga delar av kontaktgrupper, har ett halvledarrelä inga sådana delar alls. Kretsomkoppling av enhetens krets utförs enligt principen om en elektronisk nyckel. Och rollen som elektroniska nycklar spelas vanligtvis av halvledare inbyggda i reläets kropp - krafttransistorer, triacs, tyristorer.

Innan du försöker göra ett solid state-relä själv, är det logiskt att bekanta dig med den grundläggande designen av sådana enheter och förstå principen för deras funktion.

Industriell produktion producerar solid-state reläer av olika konfigurationer, designade för en mängd olika praktiska förhållanden. Valet av modifieringar är omfattande

Som en del av en grundlig studie av enheten bör man omedelbart lyfta fram de fördelaktiga aspekterna av TTP:

• byte av kraftfull belastning;
• hög växlingshastighet;
• idealisk galvanisk isolering;
• förmåga att hålla höga överbelastningar under en kort tid.

Bland mekaniska strukturer är det verkligen inte möjligt att hitta ett relä med liknande parametrar. I allmänhet uttrycks fördelarna med halvledarreläer i förhållande till deras mekaniska motsvarigheter i en imponerande lista.

Två elektroniska enheter som funktionellt tillhandahåller kretskoppling: till vänster är baserad på en solid-state design, till höger är ett traditionellt mekaniskt kopplingssystem

Driftförhållandena för TSR begränsar praktiskt taget inte användningen av dessa enheter. Dessutom har frånvaron av rörliga mekaniska delar en gynnsam effekt på anordningarnas livslängd. Så det finns all anledning att börja arbeta på ett solid-state relä - att montera enheten själv.

Men i rättvisans namn, tillsammans med de positiva aspekterna, är det värt att notera reläets egenskaper, som karakteriseras som nackdelar. Således, för driften av kraftfulla enheter, krävs som regel en extra designkomponent, som är utformad för att avlägsna värme.

Vid byte av en kraftfull last kompletteras halvledarreläer nästan alltid med kraftfulla kylradiatorer. Denna punkt komplicerar något användningen av TTP

Kylradiatorer för solid-state-reläer har övergripande dimensioner flera gånger större än dimensionerna för solid-state-reläer, vilket minskar installationens bekvämlighet och rationalitet.

TSR-enheter under drift (i stängt tillstånd) ger en omvänd läckström och visar en olinjär ström-spänningskarakteristik. Inte alla halvledarreläer kan användas utan begränsningar i egenskaperna hos de switchade spänningarna.

Designad för användning endast i kretsar som drivs av likström. Typiskt kännetecknas dessa enheter av sina små dimensioner och låga kopplingseffekt.

Vissa typer av enheter är utformade för att endast koppla om likström. Införandet av halvledarreläer i en krets kräver vanligtvis ytterligare åtgärder som syftar till att blockera falsklarm.

Solid state-reläer kan ofta hittas i allmänhet lägenhetens elpanel.

Hur fungerar ett halvledarrelä?

Styrsignalen (vanligtvis en lågnivåspänning som kommer till exempel från en styrkontroll) tillförs lysdioden för det optoelektroniska paret som finns i SSR-kretsen. Lysdioden börjar avge ljus mot fotodioden, som i sin tur öppnar och börjar leda ström.

Ett generaliserat SSR-diagram som tydligt visar hur en elektronisk enhet fungerar: 1 – styrspänningskälla; 2 – optokopplare inuti relähuset; 3 – ladda strömkälla; 4 - ladda

Strömmen som passerar genom fotodioden anländer till nyckeltransistorns eller tyristorns styrelektrod. Nyckeln öppnar och stänger lastkretsen.

Så här fungerar enhetens växlingsfunktion. All elektronik är traditionellt innesluten i ett monolitiskt hölje. Det var faktiskt därför enheten kallades ett solid state-relä.

Du kan läsa om hur du ansluter ett halvledarrelä detta material.

Typer av halvledaromkopplare

Hela det befintliga utbudet av enheter kan delas in i grupper baserat på kategorin för den anslutna lasten, funktioner för spänningskontroll och omkoppling.

Det blir alltså totalt tre grupper:

1. Enheter som arbetar i DC-kretsar.
2. Enheter som arbetar i växelströmskretsar.
3. Universella mönster.

Den första gruppen representeras av enheter med driftskontrollspänningsparametrar på 3 – 32 volt. Dessa är relativt små elektronik, utrustade med LED-indikering, som kan fungera utan avbrott vid temperaturer på -35 / +75 ºС.

En allmänt använd design av en elektronisk enhet för användning i ett enfas elektriskt nätverk.Det finns också andra designalternativ, men mycket mindre ofta.

Den andra gruppen är enheter avsedda för installation i växelspänningsnätverk. Här är designen av TSR:er för installation i AC-nätverk, styrda av en spänning på 24 - 250 volt. Det finns enheter som kan växla hög effektbelastning.

Den tredje gruppen är enheter för universell användning. Kretsen för denna typ av enhet stöder manuell konfiguration för användning under vissa förhållanden.

Baserat på arten av den anslutna lasten bör två typer av AC halvledarreläer särskiljas: enfas och trefas. Båda typerna är utformade för att byta ganska kraftfulla belastningar vid strömmar på 10 - 75 A. I det här fallet kan toppkorttidsströmvärden nå 500 A.

En mycket använd version för användning i ett trefas elnät. Används ofta som linjär regulator av kraftfulla elektriska värmare (TEH)

Belastningen omkopplad av halvledarreläer kan vara kapacitiva, resistiva eller induktiva kretsar. Strömbrytarkonstruktionerna tillåter smidig styrning av till exempel värmeelement, glödlampor och elmotorer utan onödigt brus.

Driftsäkerheten är ganska hög. Men på många sätt beror stabiliteten och hållbarheten hos solid-state reläer på kvaliteten på produkttillverkningen. Således är enheter som produceras under ett visst varumärke "Impuls" ofta kända för sin korta livslängd.

Å andra sidan lämnar Schneider Electrics produkter inget utrymme för kritik.

Hur man gör en TTP med egna händer?

Med tanke på enhetens designfunktion (monolit) monteras kretsen inte på ett textolitkort, som är vanligt, utan genom ytmontering.

Så här ser en hemmagjord solid state-relädesign ut. Det är inte svårt att göra något sånt här. Allt du behöver är grundläggande elektronik- och elektrikerkunskaper. Materialkostnaderna är små

Det finns många kretslösningar i denna riktning som kan hittas. Det specifika alternativet beror på den erforderliga kopplingseffekten och andra parametrar.

Elektroniska komponenter för kretsmontage

Listan över element i en enkel krets för praktisk utveckling och konstruktion av ett solid state-relä med dina egna händer är som följer:

1. Optokopplare typ MOS3083.
2. Triac typ VT139-800.
3. Transistorserie KT209.
4. Motstånd, zenerdiod, LED.

Alla specificerade elektroniska komponenter är lödda genom ytmontering enligt följande diagram:

Schematisk bild av ett lågeffekts halvledarrelä för gör-det-själv-montering. Ett litet antal delar och enkel gångjärnsinstallation gör att du kan löda kretsen utan svårighet

Tack vare användningen av MOS3083-optokopplaren i styrsignalgenereringskretsen kan inspänningen variera från 5 till 24 volt.

Och på grund av en kedja som består av en zenerdiod och ett begränsningsmotstånd reduceras strömmen som passerar genom kontrolldioden till ett minimum. Denna lösning säkerställer en lång livslängd för kontrolldioden.

Kontrollerar den monterade kretsen för funktionalitet

Den monterade kretsen måste kontrolleras för funktionalitet. I det här fallet är det inte nödvändigt att ansluta en lastspänning på 220 volt till omkopplingskretsen genom en triac. Det räcker att ansluta en mätanordning – testare – parallellt med triac-kommuteringslinjen.

Kontrollera prestandan hos ett halvledarrelä med hjälp av en mätanordning.Om en styrspänning läggs på enhetens ingång måste triac-övergången vara öppen

Testarens mätläge måste ställas in på "mOhm" och ström (5-24V) måste tillföras styrspänningsgenereringskretsen. Om allt fungerar korrekt bör testaren visa en skillnad i motstånd från "mOhm" till "kOhm".

Konstruktion av en monolitisk kropp

Under basen av huset till det framtida solid-state reläet behöver du en aluminiumplatta 3-5 mm tjock. Plattans dimensioner är inte kritiska, men måste motsvara förutsättningarna för effektiv värmeavledning från triacen vid uppvärmning av detta elektroniska element.

Ram för att hälla kroppen av den framtida enheten. Tillverkad av kartongremsor eller annat lämpligt material. Fäst på ett aluminiumsubstrat med universallim

Ytan på aluminiumplattan måste vara plan. Dessutom måste båda sidorna bearbetas - rengöras med fint sandpapper och poleras.

I nästa steg är den förberedda plattan utrustad med "formform" - en kant av tjock kartong eller plast limmas runt omkretsen. Du bör skaffa en slags låda, som senare ska fyllas med epoxiharts.

En elektronisk halvledarreläkrets monterad med en "kapell" placeras inuti den skapade lådan. Endast triacen placeras på ytan av aluminiumplattan.

Fixering av triacen på ett aluminiumsubstrat. Huvudvillkoret är att denna elektroniska komponent måste pressas tätt mot metallbasen. Detta är det enda sättet att säkerställa högkvalitativ värmeavledning och tillförlitlig drift.

Inga andra kretsdelar eller ledare får vidröra aluminiumsubstratet. Triacen fästs på aluminiumet med den del av huset som är avsedd för installation på en radiator.

Värmeledande pasta ska användas på kontaktytan av triackroppen och aluminiumsubstratet. Vissa märken av triacs med en oisolerad anod måste installeras genom en glimmerpackning.

Ett alternativ för att fästa en triac på underlaget med en nit. På baksidan är niten tillplattad i jämnhöjd med underlagets yta

Triacen måste pressas tätt mot basen med någon slags vikt och fyllas med epoxilim runt omkretsen eller säkras på något sätt utan att störa den släta ytan på baksidan av underlaget (till exempel med en nit).

Förbereda föreningen och hälla kroppen

För att tillverka den fasta kroppen av en elektronisk enhet måste du göra en sammansatt blandning. Sammansättningen av den sammansatta blandningen är gjord på basis av två komponenter:

1. Epoxiharts utan härdare.
2. Alabaster pulver.

Tack vare tillsatsen av alabaster löser mästaren två problem samtidigt - han får en uttömmande volym av hällmassan vid nominell förbrukning av epoxiharts och skapar en fyllning med optimal konsistens.

Blandningen måste blandas ordentligt, varefter du kan tillsätta härdaren och blanda ordentligt igen. Därefter fylls den "gångjärnsförsedda" installationen inuti kartongen noggrant med den skapade blandningen.

Så här ser en färdig kopia av ett gör-det-själv solid state-relä ut. Något ovanligt och inte särskilt presentabelt, men ganska pålitligt

Fyllning sker till den översta nivån, vilket lämnar endast en del av kontroll-LED-huvudet kvar på ytan. Inledningsvis kanske ytan på föreningen inte ser helt slät ut, men efter en tid kommer bilden att förändras. Allt som återstår är att vänta på att gjutningen ska härda helt.

Faktum är att du kan använda vilken lösning som helst som är lämplig för gjutning.Huvudkriteriet är att gjutkompositionen inte ska vara elektriskt ledande, plus en god grad av gjutstyvhet bör bildas efter stelning. Det gjutna solid-state relähuset är ett slags skydd för den elektroniska kretsen från oavsiktlig fysisk skada.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Den här videon visar hur och utifrån vilka elektroniska komponenter ett halvledarrelä kan tillverkas. Författaren talar tydligt om alla detaljer om tillverkningsmetoder som han personligen stötte på under tillverkningen av en elektronisk switch:

Video om ett problem som du kan stöta på efter att du köpt en enfas SSR från säljare från Kina. Längs vägen genomför han en slags granskning av kopplingsanordningens design:

Egentillverkning av halvledarreläer är en fullt möjlig lösning, men i förhållande till produkter för lågspänningsbelastningar som drar relativt låg effekt.

Det är svårt att göra mer kraftfulla och högspänningsenheter med dina egna händer. Och denna finansiella satsning kommer att kosta samma summa som fabriksexemplaret är värderat till. Så om det behövs är det lättare att köpa en färdig industriell enhet.

Om du har frågor om montering av ett solid-state-relä, ställ dem i kommentarsfältet, så ska vi försöka ge dem ett mycket tydligt svar. Där kan du dela din erfarenhet av att göra reläer själv eller ge värdefull information om ämnet för artikeln.