Obwód przekaźnika półprzewodnikowego 220 V (SSR) wykorzystujący triak i optoizolator

Przekaźnik półprzewodnikowy sieci prądu przemiennego lub SSR to urządzenie używane do przełączania dużych obciążeń prądu przemiennego na poziomie sieci, poprzez izolowane wyzwalacze minimalnego napięcia prądu stałego, bez stosowania mechanicznych ruchomych styków.

W tym poście dowiemy się, jak zbudować prosty przekaźnik półprzewodnikowy lub obwód SSR za pomocą triaka, BJT, łącznika optycznego przechodzącego przez zero.

Przewaga półprzewodnikowego SSR nad przekaźnikami mechanicznymi

Mechaniczne typy przekaźników mogą być dość nieefektywne w zastosowaniach wymagających bardzo płynnego, bardzo szybkiego i czystego przełączania.

Proponowany obwód SSR może być zbudowany w domu i używany w miejscach, które wymagają naprawdę wyrafinowanej obsługi ładunku.

W tym artykule opisano obwód przekaźnika półprzewodnikowego z wbudowanym detektorem przejścia przez zero.

Obwód jest bardzo łatwy do zrozumienia i zbudowania, ale zapewnia przydatne funkcje, takie jak czyste przełączanie, wolne od zakłóceń RF i może obsługiwać obciążenia do 500 watów. Dowiedzieliśmy się wiele o przekaźnikach i ich działaniu.

Wiemy, że urządzenia te są używane do przełączania dużych obciążeń elektrycznych przez zewnętrzną izolowaną parę styków, w odpowiedzi na mały impuls elektryczny otrzymany z wyjścia obwodu elektronicznego.

Zwykle wejście wyzwalające znajduje się w pobliżu napięcia cewki przekaźnika, które może wynosić 6, 12 lub 24 V DC, podczas gdy obciążenie i prąd przełączany przez styki przekaźnika są w większości na poziomach potencjałów sieci AC.

Zasadniczo przekaźniki są przydatne, ponieważ są w stanie przełączać ciężkie podłączone do swoich styków bez doprowadzania niebezpiecznych potencjałów do kontaktu z wrażliwym obwodem elektronicznym, przez który jest przełączany.

Jednak zaletom towarzyszy kilka krytycznych wad, których nie można ignorować. Ponieważ styki obejmują operacje mechaniczne, czasami są dość nieudolne w przypadku wyrafinowanych obwodów, które wymagają bardzo dokładnego, szybkiego i wydajnego przełączania.

Przekaźniki mechaniczne również mają złą reputację generowania zakłóceń RF i szumów podczas przełączania, co z czasem powoduje również degradację styków.

W przypadku SSR opartego na MOSFET proszę odnoszą się do tego postu

Używanie SCR ot Triac do tworzenia SSR

Uważa się, że triaki i tyrystory SCR są dobrymi zamiennikami w miejscach, w których powyższe przekaźniki okazują się nieefektywne, jednak te również mogą powodować problemy z generowaniem zakłóceń RF podczas pracy.

Również SCR i triaki, gdy są zintegrowane bezpośrednio z obwodami elektronicznymi, wymagają połączenia linii uziemienia obwodu z jego katodą, co oznacza, że ​​sekcja obwodu nie jest już izolowana od śmiertelnych napięć prądu przemiennego z urządzenia - poważna wada, jeśli chodzi o bezpieczeństwo użytkownik jest zaniepokojony.

Jednak triak może być bardzo efektywnie zaimplementowany, jeśli kilka omówionych powyżej wad zostanie całkowicie wyeliminowanych. Dlatego dwie rzeczy, które trzeba usunąć z triakami, jeśli mają być skutecznie zastąpione przekaźnikami, to zakłócenia RF podczas przełączania i wejście niebezpiecznej sieci do obwodu.

Przekaźniki półprzewodnikowe są zaprojektowane dokładnie z powyższymi specyfikacjami, co eliminuje wnioskowanie o częstotliwości radiowej, a także utrzymuje oba stopnie z dala od innych.

Komercyjne SSR mogą być bardzo kosztowne i nie nadają się do serwisowania, jeśli coś pójdzie nie tak. Jednak samodzielne wykonanie przekaźnika półprzewodnikowego i użycie go do wymaganej aplikacji może być tym, co „zalecił lekarz”. Ponieważ może być zbudowany przy użyciu dyskretnych elementów elektronicznych, staje się całkowicie naprawialny, modyfikowalny, a ponadto zapewnia jasne wyobrażenie o wewnętrznych operacjach systemu.

Tutaj będziemy studiować tworzenie prostego przekaźnika półprzewodnikowego.

Jak to działa

Jak omówiono w powyższej sekcji, w proponowanym projekcie obwodu SSR lub przekaźnika półprzewodnikowego zakłócenia RF są sprawdzane przez wymuszenie przełączania triaka tylko wokół znaku zerowego fazy sinusoidalnej prądu przemiennego, a zastosowanie sprzęgacza optycznego zapewnia, że ​​wejście jest trzymany z dala od potencjałów sieci AC obecnych w obwodzie triaka.

Spróbujmy zrozumieć, jak działa obwód:

Jak pokazano na schemacie, sprzęgacz optyczny staje się portalem między wyzwalaczem a obwodem przełączającym. Wyzwalacz wejściowy jest przykładany do diody LED opto, która świeci i powoduje przewodzenie fototranzystora.
Napięcie z fototranzystora przechodzi przez kolektor do emitera i ostatecznie dociera do bramki triaka, aby nim sterować.

Powyższa operacja jest dość zwyczajna i często wiąże się z wyzwalaniem wszystkich triaków i SCR. Jednak może to nie wystarczyć, aby wyeliminować szum RF.

Sekcja składająca się z trzech tranzystorów i niektórych rezystorów jest wprowadzona specjalnie w celu sprawdzenia generacji RF, zapewniając, że triak przewodzi tylko w pobliżu progów zerowych przebiegu sinusoidalnego AC.

Po przyłożeniu do obwodu prądu przemiennego, wyprostowany prąd stały staje się dostępny na kolektorze tranzystora optycznego i przewodzi, jak wyjaśniono powyżej, jednak napięcie na złączu rezystorów podłączonych do podstawy T1 jest tak ustawione, że przewodzi natychmiast po wzroście przebiegu prądu przemiennego powyżej znaku 7 V. Tak długo przebieg pozostaje powyżej tego poziomu, co powoduje, że T1 jest włączony.

Powoduje to uziemienie napięcia kolektora tranzystora optycznego, uniemożliwiając przewodzenie triaka, ale w momencie, gdy napięcie osiągnie 7 V i zbliży się do zera, tranzystory przestają przewodzić, umożliwiając przełączenie triaka.

Proces powtarza się podczas ujemnego półcyklu, gdy T2, T3 przewodzi w odpowiedzi na napięcia powyżej minus 7 woltów, co powoduje, że triak odpala tylko wtedy, gdy potencjał fazowy zbliża się do zera, skutecznie eliminując indukcję zakłóceń RF przechodzących przez zero.

Schemat obwodu półprzewodnikowego obwodu SSR

Lista części dla proponowanego obwodu przekaźnika półprzewodnikowego

• R1 = 120 K,
• R2 = 680 K,
• R3 = 1 K,
• R4 = 330 K,
• R5 = 1 M,
• R6 = 100 omów 1 W,
• C1 = 220 uF / 25 V,
• C2 = metalizowany poliester 474/400 V.
• C3 = 0,22 uF / 400 V PPC
• Z1 = 30 V, 1 W,
• T1, T2 = BC547B,
• T3 = BC557B,
• TR1 = BT 36,
• OP1 = MCT2E lub podobny.

Układ PCB

Korzystanie z SCR Opto-Coupler 4N40

Dzisiaj, wraz z pojawieniem się nowoczesnych sprzęgaczy optycznych, tworzenie wysokiej jakości przekaźników półprzewodnikowych (SSR) stało się naprawdę łatwe. 4N40 jest jednym z tych urządzeń, które wykorzystuje foto-SCR do wymaganego, izolowanego wyzwalania obciążenia AC.

Ten opto-sprzęgacz można łatwo skonfigurować do tworzenia wysoce niezawodnego i skutecznego obwodu SSR. Obwód ten może być używany do wyzwalania obciążenia 220 V poprzez całkowicie izolowane sterowanie logiczne 5 V, jak pokazano poniżej:

Zdjęcie dzięki uprzejmości: Farnel