Obwód przekaźnika półprzewodnikowego (SSR) wykorzystujący tranzystory MOSFET

Obwód przekaźnika półprzewodnikowego (SSR) wykorzystujący tranzystory MOSFET

Przekaźniki SSR lub półprzewodnikowe to przełączniki elektryczne dużej mocy, które działają bez użycia styków mechanicznych, zamiast tego wykorzystują półprzewodniki półprzewodnikowe, takie jak MOSFETY do przełączania obciążenia elektrycznego.



SSR mogą być używane do obsługi obciążeń o dużej mocy, poprzez małe napięcie wejściowe wyzwalania przy pomijalnym prądzie.

Urządzenia te mogą być używane do pracy z odbiornikami prądu przemiennego dużej mocy, jak również Obciążenia DC .





Przekaźniki półprzewodnikowe są wysoce wydajne w porównaniu do przekaźniki elektromechaniczne ze względu na kilka różnych funkcji.

Główne cechy i zalety SSR

Główne cechy i zalety przekaźników półprzewodnikowych lub SSR są:



  • SSR można łatwo zbudować przy użyciu minimalnej liczby zwykłych części elektronicznych
  • Działają bez jakiejkolwiek formy klikania z powodu braku mechanicznych styków.
  • Bycie półprzewodnikowym oznacza również, że SSR mogą przełączać się z dużo większą prędkością niż tradycyjne typy elektromechaniczne.
  • SSR nie zależą od zewnętrznego zasilania przy włączaniu, raczej pobierają zasilanie z samego obciążenia.
  • Pracują przy znikomym prądzie i dlatego nie wyczerpują baterii w systemach zasilanych bateryjnie. Zapewnia to również znikomy prąd jałowy dla urządzenia.

Podstawowa koncepcja pracy SSR przy użyciu tranzystorów MOSFET

W jednym z moich wcześniejszych postów wyjaśniłem, w jaki sposób oparty jest MOSFET dwukierunkowy przełącznik może być używany do obsługi dowolnego obciążenia elektrycznego, tak jak standard wyłącznik mechaniczny , ale z wyjątkowymi zaletami.

Ta sama koncepcja dwukierunkowego przełącznika MOSFET może być zastosowana do stworzenia idealnego urządzenia SSR.


W przypadku SSR opartego na triaku proszę zapoznać się do tego postu


Podstawowy projekt SSR

podstawowa koncepcja projektowa przekaźnika półprzewodnikowego SSR

W pokazanym powyżej podstawowym projekcie SSR możemy zobaczyć kilka odpowiednio ocenionych tranzystorów MOSFET T1 i T2 połączonych plecami do siebie, a ich zaciski źródłowe i bramki są połączone ze sobą.

D1 i D2 to wewnętrzne diody korpusu odpowiednich tranzystorów MOSFET, które w razie potrzeby mogą być wzmocnione zewnętrznymi równoległymi diodami.

Można również zobaczyć wejściowe zasilanie DC podłączone do wspólnych zacisków bramki / źródła dwóch tranzystorów MOSFET. To zasilanie jest używane do wyzwalania MOSFET-ów WŁ. Lub do umożliwienia trwałego włączenia MOSFETów, gdy jednostka SSR działa.

Zasilanie prądem przemiennym, które może sięgać poziomu sieci energetycznej, oraz obciążenie są połączone szeregowo przez dwa dreny tranzystorów MOSFET.

Jak to działa

Działanie proponowanego sprzedanego przekaźnika stanu można zrozumieć, odwołując się do poniższego schematu i odpowiadających mu szczegółów:

działa dodatni półcykl SSR praca w ujemnym półcyklu SSR

W powyższej konfiguracji, ze względu na podłączone zasilanie bramki wejściowej, T1 i T2 są w pozycji włączonej. Gdy wejście prądu przemiennego po stronie obciążenia jest włączone, lewy schemat przedstawia przebieg dodatniego półcyklu przez odpowiednią parę MOSFET / diody (T1, D2), a wykres po prawej stronie przedstawia przebieg ujemnego cyklu AC przez drugi uzupełniający tranzystor MOSFET / para diod (T2, D1).

Na lewym diagramie widzimy, że jeden z półcyklów AC przechodzi przez T1 i D2 (T2 jest spolaryzowany odwrotnie) i ostatecznie kończy cykl poprzez obciążenie.

Schemat po prawej stronie pokazuje, jak druga połowa cyklu kończy obwód w przeciwnym kierunku, przewodząc przez obciążenie, T2, D1 (w tym przypadku T1 jest odwrócone).

W ten sposób dwa tranzystory MOSFET T1, T2 wraz z ich odpowiednimi diodami korpusu D1, D2 umożliwiają przewodzenie obu półcyklów prądu przemiennego, doskonale zasilając obciążenie AC i skutecznie wypełniając rolę SSR.

Tworzenie praktycznego obwodu SSR

Do tej pory poznaliśmy teoretyczną konstrukcję przekaźnika SSR, teraz przejdźmy dalej i zobaczmy, jak można zbudować praktyczny moduł przekaźnika półprzewodnikowego do przełączania żądanego obciążenia AC o dużej mocy, bez zewnętrznego wejścia DC.

Powyższy obwód SSR jest skonfigurowany dokładnie w taki sam sposób, jak omówiono we wcześniejszym podstawowym projekcie. Jednak tutaj znajdziemy dwie dodatkowe diody D1 i D2 wraz z diodami korpusu MOSFET D3, D4.

Diody D1, D2 są wprowadzane w określonym celu, tak że tworzą mostek prostowniczy w połączeniu z diodami korpusu D3, D4 MOSFET.

Malutki przełącznik on OFF może być używany do włączania / wyłączania SSR. Ten przełącznik może być kontaktronem lub dowolnym przełącznikiem niskoprądowym.

Aby przełączać z dużą prędkością, można wymienić przełącznik na opto-łącznik jak pokazano niżej.

W istocie obwód spełnia teraz 3 wymagania.

  1. Zasila obciążenie AC poprzez konfigurację MOSFET / Diode SSR.
  2. Mostek prostowniczy utworzony przez D1 --- D4 jednocześnie przekształca wejście prądu przemiennego obciążenia na wyprostowany i przefiltrowany prąd stały, a ten prąd stały jest używany do polaryzacji bramek tranzystorów MOSFET. Pozwala to na odpowiednie włączenie tranzystorów MOSFET poprzez samo obciążenie AC, bez uzależnienia od zewnętrznego prądu stałego.
  3. Wyprostowany prąd stały jest dalej zakończony jako pomocnicze wyjście prądu stałego, które można wykorzystać do zasilania dowolnego odpowiedniego obciążenia zewnętrznego.

Problem z obwodem

Bliższe przyjrzenie się powyższemu projektowi sugeruje, że ten projekt SSR może mieć problemy z wydajnym wdrożeniem zamierzonej funkcji. Dzieje się tak, ponieważ w momencie, gdy przełączający prąd stały dotrze do bramki tranzystora MOSFET, zacznie się włączać, powodując obejście prądu przez dren / źródło, zmniejszając napięcie bramki / źródła.

Rozważmy MOSFET T1. Gdy tylko wyprostowany prąd stały zacznie docierać do bramki T1, zacznie się włączać od około 4 V dalej, powodując efekt obejścia zasilania przez jego zaciski dren / źródło. W tym momencie DC będzie miał trudności z podniesieniem się na diodzie Zenera i zacznie spadać w kierunku zera.

To z kolei spowoduje wyłączenie tranzystora MOSFET, a między drenem / źródłem tranzystora MOSFET a bramką / źródłem MOSFET-u wystąpi ciągła walka z nieaktualnym związkiem lub przeciąganie liny, uniemożliwiając prawidłowe działanie SSR.

Rozwiązanie

Rozwiązanie powyższego problemu można osiągnąć za pomocą następującej przykładowej koncepcji obwodu.

Celem jest upewnienie się, że tranzystory MOSFET nie przewodzą, dopóki nie zostanie osiągnięte optymalne napięcie 15 V na diodzie Zenera lub w bramce / źródle tranzystorów MOSFET

Wzmacniacz operacyjny zapewnia, że ​​jego wyjście jest wyzwalane tylko wtedy, gdy linia prądu stałego przekracza próg odniesienia diody Zenera 15 V, co pozwala bramkom MOSFET uzyskać optymalne 15 V DC dla przewodzenia.

Czerwona linia związana ze stykiem 3 układu IC 741 może być przełączana przez sprzęgacz optyczny w celu uzyskania wymaganego przełączania z zewnętrznego źródła.

Jak to działa : Jak widać, wejście odwracające wzmacniacza operacyjnego jest powiązane z 15 V zenerem, który tworzy poziom odniesienia dla styku 2 wzmacniacza operacyjnego. Pin3, który jest nieodwracającym wejściem wzmacniacza operacyjnego, jest połączony z linią dodatnią. Ta konfiguracja zapewnia, że ​​wyjściowy pin 6 wzmacniacza operacyjnego wytwarza napięcie 15 V tylko wtedy, gdy jego napięcie na pin3 osiągnie wartość powyżej 15 V Działanie zapewnia, że ​​tranzystory MOSFET przewodzą tylko przez ważne, optymalne napięcie bramki 15 V, umożliwiając prawidłowe działanie SSR.

Izolowane przełączanie

Główną cechą każdego SSR jest umożliwienie użytkownikowi izolowanego przełączania urządzenia za pomocą sygnału zewnętrznego.

Powyższa konstrukcja oparta na wzmacniaczu operacyjnym może być ułatwiona dzięki tej funkcji, jak pokazano w następującej koncepcji:

Jak diody działają jak prostownik mostkowy

Podczas dodatnich półcyklów prąd przepływa przez D1, 100k, Zenera, D3 iz powrotem do źródła AC.

Podczas drugiej połowy cyklu prąd przepływa przez D2, 100k, Zenera, D4 iz powrotem do źródła AC.

Odniesienie: SSR




Poprzedni: Gadżety do ochrony kobiet przed napaściami i nękaniem Dalej: Obwód generatora odniesienia częstotliwości od 1 Hz do 1 MHz