Un relè a stato solido di rete CA o SSR è un dispositivo utilizzato per la commutazione di carichi CA pesanti a livello di rete, tramite trigger isolati a tensione CC minima, senza incorporare contatti mobili meccanici.

In questo post impariamo come costruire un semplice relè a stato solido o un circuito SSR utilizzando un Triac, BJT, un opto accoppiatore zero crossing.

Vantaggio dell'SSR a stato solido rispetto ai relè meccanici

I relè di tipo meccanico possono essere piuttosto inefficienti nelle applicazioni che richiedono una commutazione estremamente fluida, rapida e pulita.

Il circuito proposto di un SSR può essere costruito in casa e utilizzato in luoghi che richiedono una movimentazione del carico davvero sofisticata.

In questo articolo viene descritto un circuito relè a stato solido con rilevatore di zero crossing incorporato.

Il circuito è molto facile da capire e costruire, ma offre funzionalità utili come la commutazione pulita, priva di disturbi RF e in grado di gestire carichi fino a 500 watt. Abbiamo imparato molto sui relè e su come funzionano.

Sappiamo che questi dispositivi vengono utilizzati per la commutazione di carichi elettrici pesanti attraverso coppie di contatti isolati esterni, in risposta a un piccolo impulso elettrico ricevuto da un'uscita del circuito elettronico.

“come testare un transistor nel circuito? ”

Normalmente l'ingresso trigger si trova in prossimità della tensione della bobina del relè, che può essere 6, 12 o 24 V CC, mentre il carico e la corrente commutati dai contatti del relè sono per lo più ai livelli dei potenziali di rete CA.

Fondamentalmente i relè sono utili perché sono in grado di commutare i collegamenti pesanti ai loro contatti senza portare i potenziali pericolosi a contatto con il circuito elettronico vulnerabile attraverso il quale viene commutato.

Tuttavia i vantaggi sono accompagnati da alcuni inconvenienti critici che non possono essere ignorati. Poiché i contatti comportano operazioni meccaniche, a volte sono abbastanza inetti con circuiti sofisticati che richiedono una commutazione estremamente precisa, rapida ed efficiente.

I relè meccanici hanno anche la cattiva reputazione di generare interferenze RF e rumore durante la commutazione, il che si traduce anche nel degrado dei contatti nel tempo.

Per un SSR basato su MOSFET, per favore fare riferimento a questo post

Utilizzo di SCR o Triac per creare SSR

Si ritiene che i triac e gli SCR siano buoni sostituti nei luoghi in cui i relè di cui sopra si dimostrano inefficienti, tuttavia anche questi possono comportare problemi di generazione di interferenze RF durante il funzionamento.

Anche SCR e Triac quando integrati direttamente ai circuiti elettronici richiedono che la linea di terra del circuito sia collegata al suo catodo, il che significa che la sezione del circuito non è più isolata dalle tensioni AC letali del dispositivo - un grave inconveniente per quanto riguarda la sicurezza del l'utente è preoccupato.

“applicazioni di trasformatore differenziale variabile lineare ”

Tuttavia un triac può essere implementato in modo molto efficiente se la coppia di inconvenienti sopra discussa viene completamente risolta. Pertanto le due cose che devono essere rimosse con i triac, se devono essere sostituiti in modo efficiente per i relè, sono l'interferenza RF durante la commutazione e l'ingresso della rete pericolosa nel circuito.

I relè a stato solido sono progettati esattamente con le specifiche di cui sopra, il che elimina l'inferenza RF e mantiene i due stadi completamente distanti dagli altri.

Gli SSR commerciali possono essere molto costosi e non sono riparabili se qualcosa va storto. Tuttavia, creare un relè a stato solido tutto da te e usarlo per l'applicazione richiesta può essere proprio quello che il 'medico aveva ordinato'. Poiché può essere costruito utilizzando componenti elettronici discreti, diventa completamente riparabile, modificabile e inoltre fornisce una chiara idea riguardo le operazioni interne del sistema.

Qui studieremo la realizzazione di un semplice relè a stato solido.

Come funziona

Come discusso nella sezione precedente, nel progetto di circuito SSR o relè a stato solido proposto, l'interferenza RF viene controllata forzando il triac a commutare solo intorno alla tacca di zero della fase sinusoidale CA e l'uso di un accoppiatore ottico garantisce che l'ingresso sia tenuto ben lontano dai potenziali di rete AC presenti con il circuito triac.

Proviamo a capire come funziona il circuito:

Come mostrato nel diagramma, l'optoaccoppiatore diventa il portale tra il trigger e il circuito di commutazione. Il trigger di ingresso è applicato al LED dell'opto che si illumina e fa condurre il fototransistor.
La tensione dal fototransistor passa attraverso il collettore all'emettitore e infine raggiunge il gate del triac per azionarlo.

L'operazione di cui sopra è piuttosto ordinaria ed è comunemente associata al trigger di tutti i triac e gli SCR. Tuttavia, questo potrebbe non essere sufficiente per eliminare il rumore RF.

La sezione comprendente i tre transistor e alcune resistenze sono introdotte soprattutto con lo scopo di controllare la generazione di RF, assicurando che il triac conduca solo in prossimità delle soglie di zero della forma d'onda sinusoidale AC.

Quando la rete CA viene applicata al circuito, una CC raddrizzata diventa disponibile sul collettore del transistor opto e conduce come spiegato sopra, tuttavia la tensione alla giunzione dei resistori collegati alla base di T1 è regolata in modo tale da condurre immediatamente dopo che la forma d'onda CA supera il segno di 7 volt. Per così tanto tempo la forma d'onda rimane al di sopra di questo livello mantiene T1 acceso.

Questo mette a terra la tensione del collettore del transistor opto, inibendo la conduzione del triac, ma nel momento in cui la tensione raggiunge 7 volt e si avvicina allo zero, i transistor smettono di condurre consentendo al triac di commutare.

“progetti di elaborazione delle immagini utilizzando matlab ”

Il processo viene ripetuto durante il semiciclo negativo quando T2, T3 conduce in risposta a tensioni superiori a meno 7 volt facendo nuovamente in modo che il triac si attivi solo quando il potenziale di fase si avvicina allo zero, eliminando efficacemente l'induzione di interferenze RF zero crossing.

Schema del circuito del circuito SSR a stato solido

Elenco delle parti per il circuito relè a stato solido proposto

R1 = 120 K,
R2 = 680 K,
R3 = 1 K,
R4 = 330 K,
R5 = 1 M,
R6 = 100 Ohm 1 W,
C1 = 220 uF / 25 V,
C2 = 474/400 V poliestere metallizzato
C3 = 0,22 uF / 400 V PPC
Z1 = 30 volt, 1 W,
T1, T2 = BC547B,
T3 = BC557B,
TR1 = BT 36,
OP1 = MCT2E o simile.

Layout PCB

Utilizzo dell'accoppiatore ottico SCR 4N40

Oggi, con l'avvento dei moderni optoaccoppiatori, realizzare un relè a stato solido (SSR) di alta qualità è diventato davvero facile. Il 4N40 è uno di questi dispositivi che utilizza un SCR fotografico per l'attivazione isolata richiesta di un carico CA.

Questo fotoaccoppiatore può essere configurato semplicemente per creare un circuito SSR altamente affidabile ed efficace. Questo circuito può essere utilizzato per attivare un carico a 220 V tramite un controllo logico a 5 V completamente isolato, come mostrato di seguito: