На практике существует несколько способов подключения твердотельного реле к цепи питания и управления. Например, в зависимости от величины и типа напряжения питания различают цепи постоянного и переменного тока:
Твердотельное реле
Различные типы полупроводниковых приборов широко используются в электронных схемах. Одним из самых впечатляющих примеров использования полупроводников является твердотельное реле, которое не имеет механически движущихся частей. В соответствии со своей функцией эти устройства должны включать и выключать мощные цепи путем подачи низкого напряжения на управляющие клеммы.
Твердотельные реле используются в цепях постоянного и переменного тока для тех же целей, что и обычные электромеханические реле. В коммерческих твердотельных реле используются транзисторы и тиристоры, которые могут коммутировать токи до нескольких сотен ампер.
Принцип работы
Прежде чем рассматривать твердотельное устройство, давайте рассмотрим, как работает обычное электромеханическое реле. Он состоит из контактов и управляющей катушки, которая активируется приложенным напряжением. Это заставляет контакты замыкаться или размыкаться соответственно. Принцип работы твердотельного реле аналогичен. Основное отличие заключается в использовании полупроводников вместо контактов.
Наиболее распространенными являются симисторы и тиристоры, которые коммутируют переменные токи, и транзисторы, которые коммутируют постоянные токи.
Появление полупроводников в свое время произвело революцию в электронике и радиотехнике. Они также использовались в твердотельных реле, осуществляющих контакт между цепями низкого и высокого напряжения. Каждый блок имеет вход, оптическую изоляцию, схему активации, переключения и безопасности.
Вход реле оснащен первичной цепью, к которой последовательно подключен резистор с неподвижным изолятором. Основная функция входа — принимать импульс и передавать его на элемент устройства, который возбуждает нагрузку. Между первичной и вторичной цепями имеется изоляция в виде оптической изоляции. Именно эта изоляция характеризует индивидуальные свойства всех типов и видов реле и определяет принцип работы каждого устройства. Для обработки входного сигнала имеется триггерная схема, которая является отдельным элементом конструкции. Эта схема участвует в переключении выхода. В различных конструкциях твердотельных реле схема запуска может быть частью оптической изоляции или использоваться как независимый элемент.
Напряжение нагрузки управляется схемой, содержащей транзистор, симистор и кремниевый диод. Реле должно быть оснащено системой защиты устройства от помех и неисправностей. Это отдельный контур защиты внутреннего или внешнего типа.
Где применяется твердотельное реле
Принцип работы этих устройств позволяет использовать их, когда нагрузка должна включаться и выключаться несколько раз за короткое время. В этих случаях обычные электромеханические реле очень быстро изнашиваются, полностью исчерпывают свой ресурс, выходят из строя и становятся непригодными для дальнейшего использования. Лучшим решением является твердотельное реле, которое не требует дополнительного внимания и обслуживания. В обычных устройствах необходимо очищать контакты после нескольких циклов активации.
Твердотельные реле используются в тех случаях, когда необходимо гарантировать надежность, поскольку обычные контакты могут перегореть или залипнуть в самый неподходящий момент. Иногда решающее значение имеют размеры переключающего устройства и бесшумность работы. Однако следует помнить, что твердотельные реле относительно дороги, поэтому по возможности целесообразно использовать обычные электромагнитные устройства.
Этот продукт следует приобретать в специализированном магазине, где специалисты помогут вам выбрать правильный тип и проконсультируют вас о том, как подключить устройство. Устройство может отличаться:
Принцип работы твёрдотельного реле.
Твердотельное реле работает следующим образом: Управляющий сигнал подается на светодиод. Оптическое излучение генерирует электромагнитное поле в фотодетекторе (фотодиоде). Это напряжение подается на схему управления, которая генерирует сигнал для управления выходным переключателем.
Таким образом, вся работа твердотельного реле происходит в несколько отдельных этапов:
Входная цепь (передающий диод),
Входная цепь — передающий диод (цепь передачи); выходная цепь — передающий диод (цепь передачи),
цепь (симистор),
Защитная цепь выходного выключателя (баристор и т.д.).
В зависимости от назначения и параметров твердотельного реле оно может иметь различную компоновку. Как упоминалось ранее, в качестве силового ключа, преобразующего ток нагрузки, может использоваться симистор, МФЭТ, тиристор, диод, биполярный транзистор или IGBT. Это позволяет найти на рынке твердотельные реле для любого применения.
Основные параметры твердотельных реле немногочисленны:
Коммутационное напряжение UU максимальное напряжение.;
Номинальный ток IU максимальное напряжение.;
Качественные отличия твёрдотельных реле от электромеханических.
Почему твердотельные реле все чаще вытесняют «классические» электромеханические реле? Электромеханические реле имеют много слабых мест: длительное время работы, подгоревшие контакты (что приводит к низкой надежности), подпрыгивание контактов, искрение (что приводит к сбоям в работе оборудования).
По сравнению с электромагнитными реле твердотельные реле имеют ряд очевидных преимуществ:
Они допускают не менее миллиарда циклов переключения, что в тысячи раз больше, чем у обычных электромеханических реле,
Совместимость с логическими схемами на уровне микросхем. Это означает, что SSR может управляться непосредственно с выхода микросхем,
Никакого контакта и, следовательно, никакой болтовни,
Малошумная работа, устойчивость к вибрации, высокая скорость,
Очень низкое энергопотребление.
Следует отметить, что твердотельные реле очень чувствительны к перенапряжению и перегрузке. Поэтому при выборе твердотельного реле всегда следует учитывать запас не менее 20%. Есть еще два очень важных момента, на которые следует обратить внимание. Эти устройства очень чувствительны к перегреву, и во время работы полупроводниковая структура сильно нагревается, поэтому необходим теплоотвод. Очень часто для защиты от перенапряжения переключаемая цепь мостится варистором.
Маломощные твёрдотельные реле.
Существует целый ряд твердотельных реле, предназначенных для малых токов и напряжений. Их обычно называют телекоммуникационными реле или MER (Micro Electronic Relay). Как правило, они предназначены для коммутации маломощных нагрузок.
Твердотельные реле малой мощности имеют очень малые размеры и хорошо зарекомендовали себя в многофункциональных телефонах, контрольно-измерительных приборах, модемах, системах сигнализации и противопожарной защиты.
Поскольку они работают с слаботочными системами, их внутренняя схема значительно упрощена для снижения стоимости. Они особенно подходят для использования в системах пожарной или охранной сигнализации. Эти системы требуют очень высокого уровня надежности, который не всегда могут обеспечить электромагнитные реле. Давайте рассмотрим конструкцию слаботочного реле CPC1035.
Как видно на рисунке, это реле представляет собой комбинированное устройство. Он содержит мощный инфракрасный диод AsGaAl. Это схема управления (Control). Нагрузка активируется двойным MOSFET транзистором. Благодаря двойному транзистору MOSFET реле может коммутировать переменный ток. Как только на инфракрасный диод подается напряжение, он начинает излучать. Излучение поступает на массив фотодиодов, в котором генерируется фотоэлектрическое поле. Напряжение, полученное от фотомассы (фотонапряжение), затем подается на схему управления. Он, в свою очередь, управляет переключателем, состоящим из полевых транзисторов. В цепь нагрузки начинает подаваться ток. Как видите, сердцем любого твердотельного реле является полупроводниковая технология.
Наиболее важные параметры CPC1035:
Возбуждаемое переменное напряжение (обратное напряжение) равно 0,350 В?
Максимальный ток нагрузки составляет 100 мА,
Максимальное сопротивление активации составляет 35 Ом,
Значение тока управления — 2. 50 мА (ток управления — постоянный).
Эти миниатюрные реле с низким потреблением тока часто используются в охранных сигнализациях. Например, реле COSMO типа CPC1008 на плате детектора движения «Фотон-Ш». Он подключается к шлейфу сигнализации приемно-контрольного прибора (например, ППКОП «Гранит») или к линии, идущей на центральную станцию мониторинга (ЦСМ).
Твердотельные реле серии CPC10xx также доступны в составе охранного извещателя «Астра-621». Это многофункциональный датчик. Он контролирует движение в охраняемой зоне с помощью пироэлектрического датчика и отслеживает открывание окон с помощью чувствительного микрофона. Два твердотельных реле CPC1016N расположены на печатной плате устройства. Одна активируется при обнаружении движения в зоне взлома, другая — при разбитии окна.
Если присмотреться, можно увидеть, что твердотельные реле на печатной плате обозначены как DA4 и DA5. Как вы знаете, аббревиатура «DA» обычно используется для обозначения аналоговых микросхем на принципиальных схемах. Таким образом, полупроводниковое реле — это не отдельный электронный компонент, а специальная микросхема, например, ИК-приемник.
