Твердотельное реле - Solid-state relay

А твердотельное реле (ССР) является электронное коммутационное устройство который включается или выключается, когда внешний Напряжение (Переменный или постоянный ток) подается на его клеммы управления. SSR состоят из датчика, который реагирует на соответствующий вход (управляющий сигнал), твердое состояние электронное переключающее устройство, которое переключает питание на схему нагрузки, и механизм связи, позволяющий сигналу управления активировать этот переключатель без механических частей. В реле может быть предназначен для переключения либо AC или же ОКРУГ КОЛУМБИЯ нагрузки. Он выполняет ту же функцию, что и электромеханическое реле, но не имеет движущиеся части и, следовательно, увеличивает срок службы.

Корпусные твердотельные реле используют питание полупроводник такие устройства, как тиристоры и транзисторы, чтобы переключить токи до сотни амперы. Твердотельные реле имеют высокую скорость переключения по сравнению с электромеханическими реле и не имеют физических контактов, которые могут изнашиваться. Пользователи твердотельных реле должны учитывать неспособность ТТР выдерживать большие кратковременные перегрузки, как это может делать электромеханическое реле, а также их более высокое сопротивление во включенном состоянии.

Связь

Управляющий сигнал должен быть подключен к управляемой цепи таким образом, чтобы обеспечить гальваническая развязка между двумя цепями.

Многие SSR используют оптическую связь. Управляющее напряжение возбуждает внутренний ВЕЛ который загорается и включает фоточувствительный диод (фотоэлектрический); ток диода включается встречно тиристор (ТРИАК ), SCR, или же МОП-транзистор для переключения нагрузки. Оптическая связь позволяет цепи управления быть электрически изолированный от груза. Видеть оптоизолятор для получения дополнительной информации об этой технике изоляции.

Операция

SSR на основе единого МОП-транзистор или несколько полевых МОП-транзисторов в параллельном массиве могут хорошо работать с нагрузками постоянного тока. МОП-транзисторы имеют встроенный диод-подложку, который проводит в обратном направлении, поэтому один МОП-транзистор не может блокировать ток в обоих направлениях. Для работы с переменным током (двунаправленным) два полевых МОП-транзистора расположены спина к спине, а их выводы истока связаны вместе. Их сливные контакты подключены к обеим сторонам выхода. Диоды подложки поочередно смещены в обратном направлении, чтобы блокировать ток, когда реле выключено. Когда реле включено, общий источник всегда управляется мгновенным уровнем сигнала, и оба затвора смещены фотодиодом положительно относительно источника.

Обычно предоставляется доступ к общему источнику, чтобы несколько полевых МОП-транзисторов могли быть подключены параллельно при переключении нагрузки постоянного тока. Обычно сеть предоставляется для ускорения выключения полевого МОП-транзистора при удалении управляющего входа.

В цепях переменного тока SCR или же ТРИАК реле по своей сути отключаются в точках нулевого тока нагрузки. Цепь никогда не будет прервана в середине пика синусоидальной волны, предотвращая большие переходные напряжения, которые в противном случае могли бы возникнуть из-за внезапного коллапса магнитное поле вокруг индуктивности. С добавлением детектора нулевой точки (без отрицательной индуктивности цепи и результирующей обратной ЭДС) отдельные тиристоры можно снова включить в начале новой волны. Эта функция называется переключением с нулевым кроссовером.

Параметры

SSR характеризуются рядом параметров, включая необходимое активирующее входное напряжение, ток, выходное напряжение и ток, будь то переменный или постоянный ток, падение напряжения или сопротивление, влияющее на выходной ток, термическое сопротивление, тепловые и электрические параметры для безопасная рабочая зона (например., снижение номинальных характеристик по тепловому сопротивлению при многократном переключении больших токов). SSR также могут включать переход через ноль аппаратное обеспечение для включения или выключения напряжения только тогда, когда напряжение переменного тока равно нулю. Пропорциональные SSR могут задерживать возникновение напряжения после перехода через нуль, чтобы снизить выходной ток (контроль фазового угла).

Преимущества перед механическими реле

Большинство относительных преимуществ твердотельных реле перед электромеханическими реле являются общими для всех твердотельных устройств по сравнению с электромеханическими устройствами.

По своей природе меньший и более тонкий профиль, чем механическое реле аналогичной спецификации, что позволяет более плотно уплотнять. (При желании может иметь такой же форм-фактор «кожуха» для взаимозаменяемости.)
Совершенно бесшумная работа.
SSR переключаются быстрее электромеханических реле; время переключения типичного SSR с оптической связью зависит от времени, необходимого для включения и выключения светодиода - от микросекунд до миллисекунд.
Увеличенный срок службы, даже если он активирован много раз, так как нет движущихся частей, которые могут изнашиваться, и нет контактов для образования ямок или накопления углерода.
Выходное сопротивление остается постоянным независимо от интенсивности использования.
Чистый, без отскока операция.
Отсутствие искрообразования позволяет использовать его во взрывоопасных средах, где критически важно, чтобы во время переключения не возникало искр.
Намного менее чувствительны к факторам хранилища и операционной среды, таким как механический удар, вибрация, влажность и внешние магнитные поля.

Недостатки

Вольт-амперная характеристика полупроводниковых, а не механических контактов:
- В закрытом состоянии повышенное сопротивление (выделение тепла) и повышенный электрический шум
- В открытом состоянии меньшее сопротивление и обратный ток утечки (обычно диапазон мкА)
- Вольт-амперная характеристика нелинейна (не является чисто резистивной), что в некоторой степени искажает коммутируемые формы сигналов. Электромеханическое реле имеет низкое омическое (линейное) сопротивление соответствующего механического переключателя при активации и чрезвычайно высокое сопротивление воздушного зазора и изоляционных материалов при размыкании.
- Некоторые типы имеют выходные цепи, чувствительные к полярности. Электромеханические реле не зависят от полярности.
Возможность ложного переключения из-за переходных процессов напряжения (из-за гораздо более быстрого переключения, чем механическое реле)
Изолированный источник смещения необходим для цепи заряда затвора
Более высокое переходное время обратного восстановления (Trr) из-за наличия основного диода
Склонность к отказу «закоротить» на своих выходах, в то время как контакты электромеханического реле имеют тенденцию к отказу «размыкаться».