Твърдо верижно реле (SSR) схема, използваща MOSFETs

Твърдо верижно реле (SSR) схема, използваща MOSFETs

SSR или полупроводниковите релета са електрически превключватели с висока мощност, които работят, без да включват механични контакти, вместо това използват полупроводници в твърдо състояние като MOSFETs за превключване на електрически товар.



SSR могат да се използват за работа с натоварвания с висока мощност, чрез малко входно напрежение на спусъка с незначителен ток.

Тези устройства могат да се използват както за работа с променливотокови натоварвания с висока мощност DC товари .





Твърдотелните релета са с висока ефективност в сравнение с електромеханични релета поради няколко различни черти.

Основни характеристики и предимства на SSR

Основните характеристики и предимства на полупроводниковите релета или SSR са:



  • SSR могат да бъдат изградени лесно с минимален брой обикновени електронни части
  • Те работят без каквато и да е форма на щракащ звук поради липсата на механични контакти.
  • Твърдото състояние също означава, че SSR могат да се превключват с много по-бърза скорост от традиционните електромеханични типове.
  • SSR не зависят от външното захранване за включване, а по-скоро извличат захранването от самия товар.
  • Те работят с незначителен ток и следователно не изтощават батерията в батерийни системи. Това също така осигурява незначителен ток на празен ход за устройството.

Основна SSR работна концепция, използваща MOSFET

В един от по-ранните си постове обясних как се основава MOSFET двупосочен превключвател може да се използва за работа с всеки желан електрически товар, точно като стандарт механичен превключвател , но с изключителни предимства.

Същата концепция за двупосочен превключвател на MOSFET може да бъде приложена за създаване на идеално SSR устройство.


За SSR, базиран на триак, моля вижте към този пост


Основен SSR дизайн

основна концепция за SSR дизайн на SSD реле

В показания по-горе основен SSR дизайн можем да видим няколко подходящо оценени MOSFET-та T1 и T2, свързани назад към гърба с техните терминали за източник и порта, свързани помежду си.

D1 и D2 са вътрешните корпусни диоди на съответните MOSFET, които при необходимост могат да бъдат подсилени с външни паралелни диоди.

Входно захранване с постоянен ток може да се види и прикрепено през общите терминали порта / източника на двата MOSFET. Това захранване се използва за задействане на MOSFETs ON или за активиране на постоянно включване за MOSFETs, докато SSR модулът работи.

Захранването с променлив ток, което може да бъде до нивото на мрежата на мрежата и натоварването, са свързани последователно през двата изтичания на MOSFET.

Как работи

Работата на предложеното реле за продадено състояние може да бъде разбрана чрез позоваване на следната диаграма и съответните подробности:

положителен полуцикъл SSR работи отрицателен полуцикъл SSR работи

С горната настройка, поради свързаното захранване на входния вход, T1 и T2 са и двете в положение ON. Когато входът за променлив ток от страна на товара е включен, лявата диаграма показва как положителният полуцикъл провежда през съответната двойка MOSFET / диоди (T1, D2), а диаграмата от дясната страна показва как отрицателният променлив цикъл се провежда през другия допълващ MOSFET / диодна двойка (T2, D1).

В лявата диаграма откриваме, че един от полуциклите на променлив ток преминава през T1 и D2 (T2 е обратно пристрастен) и накрая завършва цикъла чрез товара.

Диаграмата от дясната страна показва как другият половин цикъл завършва веригата в обратна посока чрез провеждане през товара, T2, D1 (T1 е обърнат пристрастен в този случай).

По този начин двата MOSFET-та T1, T2, заедно със съответните им диоди на тялото D1, D2, позволяват провеждането на двата полуцикъла на променливотоковото захранване, захранвайки перфектно AC натоварването и изпълнявайки ефективно SSR ролята.

Създаване на практически SSR верига

Досега научихме теоретичния дизайн на SSR, сега нека да продължим напред и да видим как може да се изгради практичен модул за реле в твърдо състояние, за превключване на желано AC натоварване с висока мощност, без външен DC вход.

Горната схема на SSR е конфигурирана точно по същия начин, както е обсъдено в по-ранния основен дизайн. Тук обаче намираме два допълнителни диода D1 и D2, заедно с MOSFET корпусните диоди D3, D4.

Диодите D1, D2 са въведени със специфична цел, така че да образува мостов токоизправител във връзка с D3, D4 MOSFET корпусните диоди.

Малкият превключвател за изключване може да се използва за включване / изключване на SSR. Този превключвател може да бъде тръстен превключвател или превключвател с нисък ток.

За високоскоростно превключване можете да замените превключвателя с a опто-съединител както е показано по-долу.

По същество веригата вече отговаря на 3 изисквания.

  1. Той захранва променливотоковото натоварване чрез MOSFET / диодната SSR конфигурация.
  2. Мостовият токоизправител, образуван от D1 --- D4, едновременно преобразува входния променлив ток на товара в коригиран и филтриран постоянен ток и този DC се използва за отклоняване на портите на MOSFET. Това позволява на MOSFET-ите да се включат по подходящ начин през самия AC натоварване, без да зависи от външен DC.
  3. Изправеният постоянен ток допълнително се прекратява като спомагателен DC изход, който може да се използва за захранване на всеки подходящ външен товар.

Проблем с веригата

По-внимателният поглед върху горния дизайн предполага, че този SSR дизайн може да има проблеми с ефективното изпълнение на предвидената функция. Това е така, защото в момента, в който превключващият DC пристигне на портата на MOSFET, той ще започне да се включва, причинявайки байпас на тока през канализацията / източника, изчерпвайки напрежението на портата / източника.

Нека разгледаме MOSFET T1. Веднага след като коригираният DC започне да достига до затвора на T1, той ще започне да се ВКЛЮЧВА надясно от около 4 V нататък, причинявайки байпасен ефект на захранването през неговите клеми за източване / източник. През този момент DC ще се бори да се издигне през ценеровия диод и да започне да пада към нула.

Това от своя страна ще накара MOSFET да се изключи и непрекъснат застоял вид борба или изтегляне на въже ще се случи между изтичането / източника на MOSFET и портата / източника на MOSFET, предотвратявайки правилното функциониране на SSR.

Решението

Решението на горния проблем може да бъде постигнато, като се използва следната примерна концепция за веригата.

Целта тук е да се уверим, че MOSFET-ите не работят, докато не се развият оптимални 15 V през ценеровия диод или през портата / източника на MOSFETs

Операционният усилвател гарантира, че изходът му се задейства само след като DC линията премине референтния праг на ценерови диоди от 15 V, което позволява на MOSFET портите да получат оптимални 15 V DC за проводимостта.

Червената линия, свързана с pin3 на IC 741, може да се превключва през опто съединител за необходимото превключване от външен източник.

Как работи : Както виждаме, инвертиращият вход на операционния усилвател е обвързан с 15V ценер, който формира референтно ниво за щифта на операционния усилвател2. Pin3, който е неинвертиращ вход на операционния усилвател, е свързан с положителната линия. Тази конфигурация гарантира, че изходният пин6 на операционния усилвател произвежда 15V захранване само след като неговото напрежение на pin3 достигне над 15 V марка. Действието гарантира, че MOSFET-ите провеждат само чрез валидно 15 V оптимално напрежение на портата, което позволява правилната работа на SSR.

Изолирано превключване

Основната характеристика на всеки SSR е да позволи на потребителя изолирано превключване на устройството чрез външен сигнал.

Горният дизайн, базиран на операционен усилвател, може да бъде улеснен с тази функция, както е показано в следната концепция:

Как диодите работят като мостов токоизправител

По време на положителните полуцикли, токът се движи през D1, 100k, ценер, D3 и обратно към източника на променлив ток.

По време на другия половин цикъл токът се премества през D2, 100k, ценер, D4 и обратно към източника на променлив ток.

Справка: SSR




Предишен: Джаджи за защита на жените от нападения и тормоз Напред: 1 Hz до 1 MHz верига за генератор на еталонни честоти