Solid State Relay (SSR) -krets ved bruk av MOSFET

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





SSR- eller Solid State-reléer er høyeffektsbrytere som fungerer uten å involvere mekaniske kontakter, i stedet bruker de halvledere som halvledere MOSFET for å bytte en elektrisk last.

SSR-er kan brukes til å drive høye belastninger gjennom en liten inngangsspenning med ubetydelig strøm.



Disse enhetene kan brukes til å drive AC-belastninger med høy effekt så vel som DC-belastninger .

Solid State Relays er svært effektive sammenlignet med elektromekaniske reléer på grunn av noen få forskjellige funksjoner.



Hovedtrekk og fordeler med SSR

Hovedtrekkene og fordelene med solid state-reléer eller SSR-er er:

  • SSR-er kan enkelt bygges med et minimum antall vanlige elektroniske deler
  • De fungerer uten noen form for klikkelyd på grunn av fravær av mekaniske kontakter.
  • Å være solid state betyr også at SSR kan bytte med mye raskere hastighet enn de tradisjonelle elektromekaniske typene.
  • SSR er ikke avhengig av ekstern forsyning for å slå PÅ, men trekker heller ut forsyningen fra selve lasten.
  • De jobber med ubetydelig strøm og tømmer derfor ikke batteriet i batteridrevne systemer. Dette sikrer også ubetydelig tomgangsstrøm for enheten.

Grunnleggende SSR-arbeidskonsept ved bruk av MOSFET

I et av mine tidligere innlegg forklarte jeg hvordan en MOSFET-basert toveis bryter kan brukes til å betjene hvilken som helst ønsket elektrisk belastning, akkurat som en standard mekanisk bryter , men med eksepsjonelle fordeler.

Det samme MOSFET toveis bryterkonseptet kan brukes for å lage en ideell SSR-enhet.


For en Triac-basert SSR, se til dette innlegget


Grunnleggende SSR-design

grunnleggende solid state relé SSR designkonsept

I den ovennevnte grunnleggende SSR-designen kan vi se et par passende MOSFET-er T1 og T2 koblet rygg mot rygg med deres kilde- og portterminaler sammenføyde.

D1 og D2 er de indre kroppsdiodene til de respektive MOSFETene, som eventuelt kan forsterkes med eksterne parallelle dioder.

En inngangs DC-forsyning kan også sees festet over de vanlige port- / kildeterminalene til de to MOSFETene. Denne forsyningen brukes til å utløse MOSFETs PÅ eller for å aktivere permanent slå PÅ for MOSFETs mens SSR-enheten er i drift.

Vekselstrømforsyningen som kan være opp til nettnettet og lasten er koblet i serie over de to avløpene til MOSFET.

Hvordan det fungerer

Arbeidet med det foreslåtte solgte statsreleet kan forstås ved å henvise til følgende diagram og tilhørende detaljer:

positiv halv syklus SSR fungerer negativ halv syklus SSR fungerer

Med ovennevnte oppsett, på grunn av inngangsporttilkoblingen, er T1 og T2 begge i PÅ-posisjon. Når vekselstrøminngangen på lasten er slått PÅ, viser det venstre diagrammet hvordan den positive halvsyklusen leder gjennom det aktuelle MOSFET / diodeparet (T1, D2) og diagrammet på høyre side viser hvordan den negative vekselstrømssyklusen leder gjennom den andre komplementære MOSFET / diodepar (T2, D1).

I det venstre diagrammet finner vi at en av vekselstrømshalvsyklusene går gjennom T1, og D2 (T2 er reversert forspent), og til slutt fullfører syklusen via belastningen.

Diagrammet på høyre side viser hvordan den andre halvsyklusen fullfører kretsen i motsatt retning ved å lede gjennom belastningen, T2, D1 (T1 blir reversert forspent i dette tilfellet).

På denne måten tillater de to MOSFETene T1, T2 sammen med deres respektive kroppsdioder D1, D2 begge halvsyklusene til vekselstrømmen å lede, strømforsyning av vekselstrømbelastningen perfekt, og utfører SSR-rollen effektivt.

Lage en praktisk SSR-krets

Så langt har vi lært den teoretiske utformingen av en SSR, la oss nå gå videre og se hvordan en praktisk solid state-relémodul kan bygges, for å bytte en ønsket vekselstrømbelastning uten ekstern inngangsstrøm.

Ovennevnte SSR-krets er konfigurert nøyaktig på samme måte som diskutert i tidligere grunnleggende design. Her finner vi imidlertid to ekstra dioder D1 og D2, sammen med MOSFET-kroppsdioder D3, D4.

Diodene D1, D2 er introdusert for et spesifikt formål slik at den danner en bro likeretter i forbindelse med D3, D4 MOSFET kroppsdioder.

Den lille av-bryteren kan brukes til å slå SSR PÅ / AV. Denne bryteren kan være en reed-bryter eller en hvilken som helst bryter med lav strøm.

For bytte av høy hastighet kan du bytte ut bryteren med en optokobling som vist under.

I utgangspunktet oppfyller kretsen nå 3 krav.

  1. Den driver vekselstrømbelastningen gjennom MOSFET / Diode SSR-konfigurasjonen.
  2. Bro-likeretteren dannet av D1 --- D4 konverterer samtidig vekselstrøminngangen til rettet og filtrert DC, og denne DC brukes til å forspenne portene til MOSFET-ene. Dette gjør at MOSFETene kan slås riktig på gjennom selve lasten, uten å avhenge av ekstern likestrøm.
  3. Den rektifiserte DC er videre avsluttet som en ekstra DC-utgang som kan brukes til å drive hvilken som helst egnet ekstern belastning.

Kretsproblem

En nærmere titt på ovennevnte design antyder at denne SSR-designen kan ha problemer med å implementere den tiltenkte funksjonen effektivt. Dette er fordi, i det øyeblikket bryteren DC kommer til porten til MOSFET, vil den begynne å slå seg på, forårsaker en forbikobling av strømmen gjennom avløpet / kilden, og tømmer porten / kildespenningen.

La oss vurdere MOSFET T1. Så snart den utbedrede likestrømmen begynner å nå porten til T1, vil den begynne å slå PÅ rett fra rundt 4 V og utover, og forårsake en omgående effekt av forsyningen via avløp / kildeterminaler. I løpet av dette øyeblikket vil DC kjempe for å stige over zenerdioden og begynne å falle mot null.

Dette vil igjen føre til at MOSFET slås AV, og den kontinuerlige foreldede slags kamp eller en dragkamp vil forekomme mellom MOSFET-avløpet / kilden og MOSFET-porten / kilden, og forhindrer at SSR fungerer korrekt.

Løsningen

Løsningen på problemet ovenfor kan oppnås ved hjelp av følgende eksempler på kretsbegrep.

Målet her er å sørge for at MOSFET-ene ikke utfører før en optimal 15 V er utviklet over zenerdioden, eller over porten / kilden til MOSFET-ene.

Op-amp sørger for at utgangen utløses bare når DC-linjen krysser 15 V zener-diode-referanseterskelen, noe som gjør at MOSFET-portene får en optimal 15 V DC for ledningen.

Den røde linjen assosiert med pin3 i IC 741 kan veksles gjennom en optokobler for den nødvendige bytte fra en ekstern kilde.

Hvordan det fungerer : Som vi kan se, er den inverterende inngangen til op forsterkeren bundet til 15V zener, som danner et referansenivå for op amp pin2. Pin3, som er den ikke-inverterende inngangen til op-forsterkeren, er koblet til den positive linjen. Denne konfigurasjonen sikrer at utgangs pin6 på op amp bare produserer en 15V forsyning når pin3-spenningen når over 15 V-merket. Handlingen sikrer at MOSFET-ene bare fører gjennom en gyldig 15 V optimal gate-spenning, slik at SSR fungerer riktig.

Isolert bytte

Hovedfunksjonen til enhver SSR er å gjøre det mulig for brukeren en isolert bytte av enheten gjennom et eksternt signal.

Ovennevnte op amp-basert design kan tilrettelegges med denne funksjonen som vist i følgende konsept:

Hvordan dioder fungerer som bro likeretter

I løpet av de positive halvsyklusene beveger strømmen seg gjennom D1, 100k, zener, D3 og tilbake til vekselstrømskilden.

I løpet av den andre halvsyklusen beveger strømmen seg gjennom D2, 100k, zener, D4 og tilbake til vekselstrømskilden.

Referanse: SSR




Forrige: Gadgets for å beskytte kvinner mot overgrep og trakassering Neste: 1 Hz til 1 MHz frekvensreferansegeneratorkrets