رله SSR چیست ؟

رله ssr چیست ؟

برخلاف رله‌های الکترومکانیکی (EMR) که از سیم‌پیچ‌ها، میدان‌های مغناطیسی، فنرها و کنتاکت‌های مکانیکی برای راه‌اندازی و تغییر منبع تغذیه استفاده می‌کنند، رله حالت جامد یا SSR هیچ قسمت متحرکی ندارد اما در عوض از خواص الکتریکی و نوری نیمه‌رساناهای حالت جامد استفاده می‌کند. برای انجام عملکردهای جداسازی و سوئیچینگ ورودی به خروجی.

درست مانند رله‌های الکترومکانیکی معمولی، SSR‌ها جداسازی الکتریکی کاملی را بین کنتاکت‌های ورودی و خروجی خود ارائه می‌کنند و خروجی آن مانند یک کلید الکتریکی معمولی عمل می‌کند، زیرا در هنگام نارسانایی (باز) مقاومت بسیار بالا و تقریباً بی‌نهایت دارد و مقاومت بسیار پایینی دارد. هنگام انجام (بسته). رله‌های حالت جامد را می‌توان برای تغییر جریان AC یا DC با استفاده از خروجی SCR، TRIAC یا سوئیچینگ ترانزیستور به جای کنتاکت‌های معمولی مکانیکی (NO) طراحی کرد.

1

برای خرید رله ssr کلیک کنید

 

در حالی که رله حالت جامد و رله الکترومکانیکی اساساً شبیه به هم هستند زیرا ورودی ولتاژ پایین آنها از خروجی ایزوله شده است که بار را تغییر می دهد و کنترل می کند، رله های الکترومکانیکی چرخه عمر تماس محدودی دارند و می توانند فضای زیادی را اشغال کنند. و دارای سرعت سوئیچ کندتر به خصوص رله های قدرت بزرگ و کنتاکتورها هستند. رله های حالت جامد چنین محدودیتی ندارند.

بنابراین مزیت اصلی رله‌های حالت جامد نسبت به رله‌های الکترومکانیکی معمولی این است که هیچ بخش متحرکی برای فرسودگی ندارند، و در نتیجه هیچ مشکلی در جهش تماسی ندارند، و می‌توانند هم «روشن» و هم «خاموش» را بسیار سریع‌تر از رله‌های مکانیکی سوئیچ کنند. آرمیچر می تواند حرکت کند، و همچنین روشن شدن ولتاژ صفر و خاموش شدن جریان صفر که نویز الکتریکی و گذرا را حذف می کند.

بنابراین خروجی یک SSR اپتو کوپل شده با انرژی دادن به این LED، معمولاً با سیگنال ولتاژ پایین، «روشن» می شود. از آنجایی که تنها ارتباط بین ورودی و خروجی یک پرتو نور است، جداسازی ولتاژ بالا (معمولاً چندین هزار ولت) با استفاده از این اپتو ایزوله داخلی به دست می آید.

جداکننده اپتو نه تنها درجه بالاتری از عایق بندی ورودی/خروجی را ارائه می دهد، بلکه می تواند سیگنال های dc و فرکانس پایین را نیز ارسال کند. همچنین، LED و دستگاه حساس به عکس می توانند کاملاً از یکدیگر جدا باشند و با استفاده از یک فیبر نوری به صورت نوری جفت شوند.

مدار ورودی یک SSR ممکن است فقط از یک مقاومت محدود کننده جریان به صورت سری با LED جداکننده نوری یا یک مدار پیچیده تر با یکسوسازی، تنظیم جریان، حفاظت از قطبیت معکوس، فیلتر کردن و غیره تشکیل شده باشد.

برای فعال یا روشن کردن یک رله حالت فروخته شده به رسانایی، ولتاژی بیشتر از مقدار حداقل آن (معمولاً 3 ولت DC) باید به پایانه های ورودی آن (معادل سیم پیچ رله الکترومکانیکی) اعمال شود. این سیگنال DC ممکن است از یک سوئیچ مکانیکی، یک گیت منطقی یا میکروکنترلر مشتق شود، همانطور که نشان داده شده است.

مدار ورودی DC رله حالت جامد

هنگام استفاده از کنتاکت های مکانیکی، سوئیچ ها، دکمه های فشاری، سایر کنتاکت های رله و غیره به عنوان سیگنال فعال کننده، ولتاژ تغذیه مورد استفاده می تواند برابر با حداقل مقدار ولتاژ ورودی SSR باشد، در حالی که هنگام استفاده از دستگاه های حالت جامد مانند ترانزیستور، گیت و میکرو -کنترل کننده ها، حداقل ولتاژ تغذیه باید یک یا دو ولت بالاتر از ولتاژ روشن شدن SSR باشد تا افت ولتاژ داخلی دستگاه سوئیچینگ را در نظر بگیرد.

اما علاوه بر استفاده از ولتاژ DC، اعم از فرورفتگی یا منبع، برای تبدیل رله حالت جامد به رسانایی، می‌توانیم از شکل موج سینوسی نیز با افزودن یکسوساز پل برای یکسوسازی تمام موج و یک مدار فیلتر به ورودی DC استفاده کنیم. همانطور که نشان داده شده است.

مدار ورودی AC رله حالت جامد

یکسو کننده های پل یک ولتاژ سینوسی را به پالس های تصحیح شده تمام موج در دو برابر فرکانس ورودی تبدیل می کنند. مشکل اینجاست که این پالس‌های ولتاژ از صفر ولت شروع و پایان می‌یابند که به این معنی است که کمتر از حداقل ولتاژ روشن مورد نیاز آستانه ورودی SSR می‌آیند و باعث می‌شود خروجی هر نیم سیکل روشن و خاموش شود.

برای غلبه بر این شلیک نامنظم خروجی، می‌توانیم با استفاده از یک خازن صاف‌کننده (C1) روی خروجی یکسوساز پل، موج‌های اصلاح‌شده را صاف کنیم. اثر شارژ و دشارژ خازن مولفه DC سیگنال تصحیح شده را بالاتر از حداکثر مقدار ولتاژ روشن شدن ورودی رله های حالت جامد افزایش می دهد. سپس حتی اگر یک شکل موج ولتاژ سینوسی دائما در حال تغییر استفاده می شود، ورودی SSR یک ولتاژ DC ثابت است.

مقادیر مقاومت افت ولتاژ، R ₁ و خازن صاف کننده، C ₁ متناسب با ولتاژ تغذیه، 120 ولت AC یا 240 ولت AC و همچنین امپدانس ورودی رله حالت جامد انتخاب می شوند. اما چیزی در حدود 40kΩ و 10uF می تواند انجام دهد.

سپس با اضافه شدن این یکسو کننده پل و مدار خازن صاف کننده، یک رله حالت جامد DC استاندارد را می توان با استفاده از منبع DC AC یا غیر قطبی کنترل کرد. البته، تولیدکنندگان رله های حالت جامد ورودی AC (معمولاً 90 تا 280 ولت AC) را قبلاً تولید و می فروشند.

خروجی رله حالت جامد

قابلیت سوئیچینگ خروجی یک رله حالت جامد می تواند AC یا DC مشابه ولتاژ ورودی آن باشد. مدار خروجی اکثر رله‌های حالت جامد استاندارد به گونه‌ای پیکربندی شده‌اند که تنها یک نوع عمل سوئیچینگ را انجام دهند که معادل یک عملیات معمولی باز، تک قطبی، تک پرتابی (SPST-NO) یک رله الکترومکانیکی است.

برای اکثر DC SSR ها، دستگاه سوئیچینگ حالت جامد که معمولاً استفاده می شود، ترانزیستورهای قدرت، دارلینگتون و ماسفت هستند، در حالی که برای AC SSR، دستگاه سوئیچینگ یا یک تریستور تریاک یا پشت به پشت است. تریستورها به دلیل قابلیت های ولتاژ و جریان بالا ترجیح داده می شوند. همانطور که نشان داده شده است می توان از یک تریستور منفرد نیز در مدار یکسو کننده پل استفاده کرد.

مدار خروجی رله حالت جامد

رایج ترین کاربرد رله های حالت جامد در سوئیچینگ یک بار AC است، خواه برای کنترل برق متناوب برای سوئیچینگ روشن/خاموش، کاهش نور، کنترل سرعت موتور یا سایر کاربردهایی از این قبیل که در آنها کنترل برق مورد نیاز است، این بارهای AC. می توان به راحتی با ولتاژ DC جریان پایین با استفاده از یک رله حالت جامد کنترل کرد که طول عمر طولانی و سرعت سوئیچینگ بالا را فراهم می کند.

یکی از بزرگترین مزیت‌های رله‌های حالت جامد نسبت به رله‌های الکترومکانیکی، توانایی آن در خاموش کردن بارهای متناوب متناوب در نقطه جریان بار صفر است که در نتیجه قوس الکتریکی، نویز الکتریکی و جهش تماس مرتبط با رله‌های مکانیکی معمولی و بارهای القایی را کاملاً از بین می‌برد. .

این به این دلیل است که رله‌های حالت جامد سوئیچینگ AC از SCR و TRIAC به عنوان دستگاه سوئیچینگ خروجی خود استفاده می‌کنند که به محض حذف سیگنال ورودی، تا زمانی که جریان AC که از دستگاه می‌گذرد به زیر آستانه یا مقدار جریان نگه‌دارنده آن برسد، به هدایت خود ادامه می‌دهد. سپس خروجی یک SSR هرگز نمی تواند در وسط یک پیک موج سینوسی خاموش شود.

خاموش شدن جریان صفر یک مزیت عمده برای استفاده از رله حالت جامد است زیرا نویز الکتریکی و back-emf مربوط به تغییر بارهای القایی را کاهش می دهد که به صورت قوس در تماس های یک رله الکترومکانیکی دیده می شود. نمودار شکل موج خروجی زیر یک رله حالت جامد AC معمولی را در نظر بگیرید.

شکل موج خروجی رله حالت جامد

بدون اعمال سیگنال ورودی، هیچ جریان باری از طریق SSR جریان نمی یابد زیرا به طور موثر خاموش است (مدار باز) و پایانه های خروجی ولتاژ منبع تغذیه AC را مشاهده می کنند. با اعمال یک سیگنال ورودی DC، صرف نظر از اینکه چرخه در کدام بخش از شکل موج سینوسی، چه مثبت یا منفی باشد، به دلیل ویژگی های سوئیچینگ ولتاژ صفر SSR، خروجی تنها زمانی روشن می شود که شکل موج از روی آن عبور کند. نقطه صفر

با افزایش ولتاژ تغذیه در جهت مثبت یا منفی، به حداقل مقدار لازم برای روشن کردن کامل تریستورهای خروجی یا تریاک (معمولاً کمتر از حدود 15 ولت) می رسد. افت ولتاژ در پایانه های خروجی SSR افت ولتاژ دستگاه های سوئیچینگ در حالت افت ولتاژ V _T (معمولاً کمتر از 2 ولت) است. بنابراین هر جریان هجومی زیاد مرتبط با بارهای راکتیو یا لامپ تا حد زیادی کاهش می یابد.

هنگامی که سیگنال ولتاژ ورودی DC حذف می شود، خروجی به طور ناگهانی خاموش نمی شود، همانطور که پس از راه اندازی به حالت رسانایی، تریستور یا تریاک مورد استفاده به عنوان دستگاه سوئیچینگ برای بقیه نیم سیکل روشن می ماند تا زمانی که جریان بار به زیر دستگاه های نگهدارنده کاهش یابد. جریان، در این نقطه خاموش می شود. بنابراین، dv/dt بالای EMF مربوط به بارهای القایی سوئیچینگ در وسط یک موج سینوسی تا حد زیادی کاهش می یابد.

سپس مزیت اصلی رله حالت جامد AC نسبت به رله الکترومکانیکی عملکرد عبور صفر آن است که SSR را هنگامی که ولتاژ بار AC نزدیک به صفر ولت است روشن می کند، بنابراین هر جریان هجومی بالا را سرکوب می کند زیرا جریان بار همیشه شروع می شود. از نقطه ای نزدیک به 0 ولت و مشخصه خاموش شدن جریان صفر ذاتی تریستور یا تریاک. بنابراین حداکثر تاخیر خاموش شدن (بین حذف سیگنال ورودی و حذف جریان بار) یک نیم سیکل وجود دارد.

رله حالت جامد کم نور فاز

در حالی که رله‌های حالت جامد می‌توانند سوئیچینگ مستقیم به سمت صفر بار را انجام دهند، همچنین می‌توانند عملکردهای بسیار پیچیده‌تری را با استفاده از مدارهای منطقی دیجیتال، ریزپردازنده‌ها و حافظه‌ها انجام دهند. یکی دیگر از کاربردهای عالی رله حالت جامد در کاربردهای کم نور لامپ، چه در خانه و چه برای نمایش یا کنسرت است.

رله های حالت جامد سوئیچینگ غیرصفر (روشن فوری) بلافاصله پس از اعمال سیگنال کنترل ورودی روشن می شوند، برخلاف SSR عبوری صفر در بالای آن که تا نقطه عبور صفر بعدی موج سینوسی AC منتظر می ماند. این سوئیچینگ تصادفی در کاربردهای مقاومتی مانند کم نور کردن لامپ و کاربردهایی که نیاز به بار فقط برای بخش کوچکی از چرخه AC دارند استفاده می شود.

شکل موج خروجی سوئیچینگ تصادفی

در حالی که این امکان کنترل فاز شکل موج بار را فراهم می کند، مشکل اصلی روشن شدن تصادفی SSR این است که جریان موج اولیه بار در لحظه روشن شدن رله، ممکن است به دلیل قدرت سوئیچینگ SSR زمانی که ولتاژ منبع تغذیه است، زیاد باشد. نزدیک به مقدار اوج خود (90 ^o ). هنگامی که سیگنال ورودی حذف می شود، هنگامی که جریان بار به زیر تریستورها یا ترایاک های نگهدارنده جریان می رسد، هدایت آن متوقف می شود. بدیهی است که برای DC SSR، عمل سوئیچینگ ON-OFF فوری است.

رله حالت جامد برای طیف وسیعی از کاربردهای سوئیچینگ روشن/خاموش ایده‌آل است، زیرا برخلاف رله‌های الکترومکانیکی (EMR) هیچ بخش متحرک یا تماسی ندارند. انواع مختلف تجاری برای سیگنال های کنترل ورودی AC و DC و همچنین سوئیچینگ خروجی AC و DC وجود دارد زیرا از عناصر سوئیچینگ نیمه هادی مانند تریستورها، تریاک ها و ترانزیستورها استفاده می کنند.

اما با استفاده از ترکیبی از یک اپتو ایزولاتور خوب و یک تریاک، می توانیم رله حالت جامد ارزان و ساده خود را برای کنترل بار AC مانند بخاری، لامپ یا برقی بسازیم. از آنجایی که یک اپتو ایزولاتور برای کار کردن فقط به مقدار کمی توان ورودی/کنترلی نیاز دارد، سیگنال کنترل می تواند از PIC، Arduino، Raspberry PI یا هر میکروکنترلر دیگری از این قبیل باشد.

مثال شماره 1

فرض کنید یک میکروکنترلر با سیگنال پورت خروجی دیجیتال فقط 5+ ولت برای کنترل المنت حرارتی 120 ولت AC و 600 وات می خواهیم. برای این کار می‌توانیم از جداکننده اپتوتریاک MOC 3020 استفاده کنیم، اما تریاک داخلی تنها می‌تواند حداکثر جریان (I _TSM ) را با حداکثر 1 آمپر در اوج منبع AC 120 ولت عبور دهد، بنابراین باید از یک تریاک سوئیچینگ اضافی نیز استفاده شود.

ابتدا ویژگی های ورودی اپتو ایزولاتور MOC 3020 را در نظر می گیریم (اپتوتریاک های دیگر موجود هستند). برگه اطلاعات اپتو ایزولاتور به ما می گوید که افت ولتاژ جلو (V _F ) دیود ساطع کننده نور ورودی 1.2 ولت و حداکثر جریان رو به جلو (I _F ) 50 میلی آمپر است.

ال ای دی به حدود 10 میلی آمپر نیاز دارد تا تا حداکثر مقدار 50 میلی آمپری خود به طور معقولی بدرخشد. با این حال پورت خروجی دیجیتال میکروکنترلر تنها می تواند حداکثر 30 میلی آمپر را تامین کند. سپس مقدار جریان مورد نیاز چیزی بین 10 تا 30 میلی آمپر است. از این رو:

بنابراین می توان از یک مقاومت محدود کننده جریان سری با مقدار بین 126 و 380Ω استفاده کرد. از آنجایی که پورت خروجی دیجیتال همیشه +5 ولت سوئیچ می‌کند و برای کاهش اتلاف برق از طریق LED کوپلرهای اپتو، مقدار مقاومتی ترجیحی 240Ω را انتخاب می‌کنیم. این جریان جلو LED کمتر از 16 میلی آمپر می دهد. در این مثال، هر مقدار مقاومت ترجیحی بین 150 Ω و 330 Ω انجام می شود.

بار المنت حرارتی مقاومتی 600 وات است. استفاده از منبع AC 120 ولت جریان بار 5 آمپر (I = P/V) را به ما می دهد. از آنجایی که می خواهیم این جریان بار را در هر دو نیم سیکل (هر 4 ربع) شکل موج AC کنترل کنیم، به یک تریاک سوئیچینگ شبکه نیاز داریم.

BTA06 یک تریاک 6 آمپری (I _T(RMS) ) 600 ولتی است که برای روشن/خاموش کردن بارهای متناوب با هدف کلی مناسب است، اما هر تریاک 6 تا 8 آمپری مشابه این کار را انجام می دهد. همچنین این تریاک سوئیچینگ تنها به 50 میلی آمپر درایو گیت برای شروع هدایت نیاز دارد که بسیار کمتر از حداکثر امتیاز 1 آمپر اپتو ایزولاتور MOC 3020 است.

در نظر بگیرید که تریاک خروجی اپتو ایزولاتور در مقدار پیک (90 ^o ) ولتاژ تغذیه 120 ولت _{RMS AC روشن شده است.} این پیک ولتاژ دارای مقدار: 120 x 1.414 = 170Vpk است. اگر حداکثر جریان opto-triacs (I _TSM ) 1 آمپر پیک باشد، حداقل مقدار مقاومت سری مورد نیاز 170/1 = 170Ω یا 180Ω به نزدیکترین مقدار ترجیحی است. این مقدار 180Ω از تریاک خروجی کوپل اپتو و همچنین گیت تریاک BTA06 در منبع 120 ولت محافظت می کند.

اگر تریاک جداکننده اپتو در مقدار متقاطع صفر (0 ^o ) ولتاژ تغذیه 120 ولت _RMS AC روشن شود، حداقل ولتاژ مورد نیاز برای تامین جریان درایو گیت 50 میلی آمپر مورد نیاز که ترایاک سوئیچینگ را مجبور به هدایت می کند: 180Ω خواهد بود. x 50mA = 9.0 ولت. سپس هنگامی که ولتاژ سینوسی Gate-to-MT1 بیشتر از 9 ولت باشد، تریاک به سمت هدایت حرکت می کند.

بنابراین حداقل ولتاژ مورد نیاز پس از نقطه متقاطع صفر شکل موج AC، پیک 9 ولت خواهد بود و اتلاف توان در این مقاومت گیت سری بسیار کوچک است، بنابراین می توان با خیال راحت از یک مقاومت 180Ω و 0.5 وات استفاده کرد. مدار زیر را در نظر بگیرید.

یک مدار AC SSR

این نوع از پیکربندی اپتوکوپلر اساس یک کاربرد رله حالت جامد بسیار ساده را تشکیل می دهد که می تواند برای کنترل هر بار برق AC مانند لامپ ها و موتورها استفاده شود. در اینجا ما از MOC 3020 استفاده کرده ایم که یک جداساز سوئیچینگ تصادفی است. جداساز اپتوتریاک MOC 3041 دارای ویژگی‌های یکسانی است، اما با تشخیص عبور صفر داخلی که به بار اجازه می‌دهد تا هنگام تعویض بارهای القایی، بدون جریان‌های هجومی سنگین، توان کامل را دریافت کند.

دیود D ₁ از آسیب ناشی از اتصال معکوس ولتاژ ورودی جلوگیری می کند، در حالی که مقاومت 56 اهمی (R ₃ ) جریان های di/dt را هنگامی که تریاک خاموش است حذف می کند و باعث حذف کاذب می شود. همچنین ترمینال گیت را به MT1 متصل می کند و از خاموش شدن کامل ترایاک اطمینان می دهد.

اگر با سیگنال ورودی PWM مدوله شده با عرض پالس استفاده شود، فرکانس سوئیچینگ روشن/خاموش باید برای بار AC روی حداکثر کمتر از 10 هرتز تنظیم شود، در غیر این صورت سوئیچینگ خروجی این مدار رله حالت جامد ممکن است نتواند ادامه یابد.

برای مطالعه بیشتر میتوانید فایل زیر را که به زبان انگلیسی از شرکت امرون در باره  ssr  هاست مطالعه فرمایید.