Solid State Relay (Solid State Relay, TTR) on laite elektronisten komponenttien sarjasta, joka ei ole mekaaninen. Mekaniikan puute avaa elektroniikan ystäville lisää mahdollisuuksia tehdä puolijohderele omilla käsillään henkilökohtaiseen käyttöön.
Mieti tätä mahdollisuutta yksityiskohtaisemmin.
TTR: n suunnittelu ja toimintaperiaate
Jos suurin osa tällaisesta elektroniikasta sisältää perinteisesti kontaktiryhmien liikkuvia osia, puolijohdereleellä ei ole lainkaan sellaisia osia. Piirin kytkeminen laitepiirillä tapahtuu elektronisen avaimen periaatteen mukaisesti. Ja elektronisten avainten roolissa ovat yleensä releen runkoon sisäänrakennetut puolijohteet - tehotransistorit, triakit, tyristorit.
Ennen kuin yrität itse tehdä puolijohdereleeä, on loogista tutustua sellaisten laitteiden perussuunnitteluun, ymmärtää niiden toiminnan periaate.
Eri kokoonpanojen puolijohdereleitä valmistaa teollisuus, ja ne on suunniteltu monenlaisille käytännön olosuhteille. Laaja valikoima muutoksia
Laitteen tiiviin tutkimuksen yhteydessä on välittömästi korostettava TTR: n etuja:
- korkea kuormitus kytkin;
- korkea kytkentänopeus;
- täydellinen galvaaninen eristys;
- kyky pitää lyhytaikaisesti suuria ylikuormituksia.
Mekaanisista rakenteista ei ole oikeastaan mahdollista löytää relettä, jolla on samanlaiset parametrit. Yleisesti ottaen edut puolijohdereleiden mekaanisiin vastineisiin nähden ilmaistaan vaikuttavalla listalla.
Kaksi elektronista laitetta, jotka toimittavat toiminnallisesti piirikytkentä: vasemmalla on tehty solid-state-mallin perusteella, oikealla on perinteinen mekaaninen kytkentäjärjestelmä
TTR: n käyttöolosuhteet eivät käytännössä rajoita näiden laitteiden käyttöä. Lisäksi liikkuvien mekaanisten osien puuttuminen vaikuttaa suotuisasti laitteiden käyttöikään. Joten on olemassa syy puuttua puolijohdereleeseen - koota laite omin käsin.
Oikeudenmukaisuudessa sekä positiivisten puolien lisäksi tulisi kuitenkin huomioida releen ominaisuudet, joille on ominaista puutteet. Joten voimakkaiden laitteiden toimintaan tarvitaan yleensä rakenteen lisäkomponentti, joka on suunniteltu poistamaan lämpöä.
Jos kytketään voimakas kuorma, puolijohdereleitä täydennetään melkein aina voimakkaalla jäähdytyspatterilla. Tämä kohta vaikeuttaa TTR: n käyttöä.
Puolijohderelejäähdytyspatterien mitat ovat useita kertoja suurempia kuin TTR: n mitat, mikä vähentää asennuksen mukavuutta ja järkevyyttä.
TTR-laitteet käytön aikana (suljetussa tilassa) antavat käänteisvuotovirran ja osoittavat epälineaarisen virta-jänniteominaisuuden. Kaikkia puolijohdereleitä ei voida käyttää ilman rajoituksia kytkettyjen jännitteiden ominaisuuksissa.
Suunniteltu käytettäväksi vain piireissä, joissa virta syötetään tasavirralla. Tyypillisesti nämä laitteet erottuvat pienistä mitoista ja alhaisesta kytkentätehosta
Jotkin laitetyypit on suunniteltu kytkemään vain tasavirta. Puolijohdereleiden toteuttaminen piirissä vaatii yleensä lisätoimenpiteitä väärien hälytysten estämiseksi.
Puolijohdereleitä löytyy usein asunnon yleisestä sähköpaneelista.
Kuinka puolijohderele toimii?
Ohjaussignaali (yleensä matala jännite, joka tulee esimerkiksi ohjausohjaimesta) syötetään TTR-piirissä olevan optoelektronisen parin LEDiin. LED alkaa lähettää valoa fotodiodiin, joka puolestaan aukeaa ja alkaa siirtää virtaa.
Yleinen TTR-järjestelmä, joka osoittaa selvästi kuinka elektroninen laite toimii: 1 - ohjausjännitelähde; 2 - optoeriste relekotelon sisällä; 3 - kuormitusvirtalähde; 4 - kuorma
Fotodiodin läpi kulkeva virta tulee avaintransistorin tai tiristorin ohjauselektrodille. Avain aukeaa, sulkee kuormapiirin.
Näin laitteen kytkentätoiminto toimii. Kaikki elektroniikka on perinteisesti suljettu monoliittiseen koteloon. Itse asiassa siksi laitetta kutsuttiin solid-state-releeksi.
Ja kuinka yhdistää puolijohderele löytyy tästä materiaalista.
Solid State-kytkimet
Koko olemassa oleva laitevalikoima voidaan ehdollisesti jakaa ryhmiin kytketyn kuorman luokan, jännitteenvalvonnan ja kytkentäominaisuuksien perusteella.
Siten piirretään yhteensä kolme ryhmää:
- Laitteet, jotka toimivat tasavirtapiireissä.
- Laitteet, jotka toimivat vaihtovirtapiireissä.
- Universal mallit.
Ensimmäistä ryhmää edustavat laitteet, joiden työohjausjännitteen parametrit ovat 3 - 32 volttia. Tämä on suhteellisen pienikokoinen elektroniikka, jolla on LED-merkkivalot ja joka pystyy toimimaan keskeytyksettä lämpötiloissa -35 / +75 ºС.
Yksivaiheisessa sähköverkossa käytettävän elektronisen laitteen laaja suunnittelu. Myös muita suunnitteluvaihtoehtoja löytyy, mutta paljon harvemmin.
Toinen ryhmä - laitteet, jotka on tarkoitettu asennettaviksi vaihtovirtaverkoihin. Tässä on TTR-mallit asennettaviksi vaihtovirtaverkoihin, joita ohjataan jännitteellä 24 - 250 volttia. On laitteita, jotka kykenevät vaihtamaan suuria virrankulutuksia.
Kolmas ryhmä on yleislaitteet. Tämän tyyppisten laitteiden piirit tukevat manuaalista viritystä käytettäväksi tietyissä olosuhteissa.
Jos aloitat kytketyn kuorman luonteesta, sinun on erotettava kaksi tyyppiä solid-state AC -releitä: yksivaiheinen ja kolmivaiheinen. Molemmat tyypit on suunniteltu vaihtamaan riittävän voimakas kuorma virroilla 10 - 75 A. Samaan aikaan lyhyen aikavälin huippunumerot voivat olla 500 A.
Laaja-alainen versio käytettäväksi kolmivaiheisessa sähköverkossa. Käytetään usein voimakkaan sähkölämmittimen (TEN) lineaarisena säätimenä
Kapasitiiviset, resistiiviset induktiopiirit voivat toimia kuormana, jota kytkevät solid-state-releet. Kytkimien suunnittelun avulla voit hallita sujuvasti esimerkiksi lämmityselementtejä, hehkulamppuja, sähkömoottoreita ilman tarpeetonta melua.
Luotettavuus on riittävän korkea. Mutta monimuotoisesti puolijohdereleiden vakaus ja kestävyys riippuvat tuotannon laadusta. Siten tietyllä Impuls-tavaramerkillä valmistetuilla laitteilla on usein lyhyt käyttöikä.
Toisaalta Schneider Electric -tuotteet eivät jätä tilaa kritiikille.
Kuinka tehdä TTR omilla käsillä?
Laitteen (monoliitti) suunnitteluominaisuuden vuoksi piiri ei ole koottu tekstoliittilevylle, kuten on tapana, vaan seinälle asennettavaan asennukseen.
Tästä näyttää itse valmistettu puolijohdereleen suunnittelu. Tällainen on helppo tehdä. Tarvitaan vain sähköinsinöörin ja sähköasentajan perustaidot. Materiaalikustannukset ovat pienet
Tässä suunnassa on monia piiriratkaisuja. Erityinen vaihtoehto riippuu vaaditusta kytkentätehosta ja muista parametreista.
Elektroniset komponentit piirikokoonpanoon
Luettelo yksinkertaisesta piiristä puolijohdereleen tee-se-itse-käytännön kehittämistä ja rakentamista varten on seuraava:
- Optokytkimen tyyppi MOS3083.
- Triac-tyyppi VT139-800.
- KT209-sarjan transistori.
- Vastukset, Zener-diodi, LED.
Kaikki nämä elektroniset komponentit juotetaan pinta-asennuksella seuraavan kaavion mukaisesti:
Kaavio pienitehoisesta puolijohdereleestä DIY-kokoonpanoa varten. Pieni määrä osia ja yksinkertainen saranoitu asennus mahdollistavat piirin juottamisen ilman vaikeuksia
MOS3083-optoerottimen käytöstä johtuen ohjaussignaalin generointipiirissä tulojännite voi vaihdella 5 - 24 volttia.
Ja johtuen ketjusta, joka koostuu zener-diodista ja rajoittavasta vastuksesta, ohjaus-LED: n läpi kulkeva virta pienenee mahdollisimman pieneksi. Tämä ratkaisu tarjoaa pitkän LED-käyttöiän.
Koottujen piirien toimivuuden tarkistaminen
Kokoonpanon piirin toiminta on tarkistettava. Ei ole välttämätöntä kytkeä 220 voltin kuormajännitettä kytkentäpiiriin triacin kautta. Riittää, kun kytket mittauslaitteen - testerin rinnakkain triacin kytkentälinjan kanssa.
Puolijohdereleen suorituskyvyn tarkistaminen mittauslaitteella. Jos laitteen sisäänmenoon johdetaan ohjausjännite, triakkimuutoksen on oltava auki
Testerin mittaustila on asetettava arvoon "mOhm" ja syötettävä teho (5-24 V) ohjausjännitteen generointipiiriin. Jos kaikki toimii oikein, testaajan tulisi näyttää vastusero "mOhm" - "kOhm".
Monoliittinen kotelo
Tulevan solid-state-relekotelon pohjan alla tarvitaan 3–5 mm paksu alumiinilevy. Levyn mitat eivät ole kriittisiä, mutta niiden on täytettävä edellytykset tehokkaalle lämmönpoistolle triacista, kun tätä elektronista elementtiä lämmitetään.
Kehys tulevan laitteen kotelon kaatamiseen. Valmistettu pahvinauhasta tai muista sopivista materiaaleista. Se on kiinnitetty alumiinisubstraattiin yleisliimalla.
Alumiinilevyn pinnan tulee olla tasainen. Lisäksi on tarpeen käsitellä molemmat puolet - kuori ohuella hiekkapaperilla, kiillottaa.
Seuraavassa vaiheessa valmistettu levy varustetaan "muotilla" - paksun pahvin tai muovin reuna liimataan kehän ympärille. Sen tulisi olla eräänlainen laatikko, joka myöhemmin täytetään epoksilla.
Luodun laatikon sisään asetetaan elektroninen piiri puolijohdereleestä, jonka "katos" on koonnut. Alumiinilevyn pinnalle on asetettu vain triakki.
Triacin kiinnittäminen alumiinisubstraattiin. Tärkein ehto on, että tämä elektroninen komponentti on painettava tiukasti metalliosaan. Tämä on ainoa tapa varmistaa korkealaatuinen lämmönpoisto ja luotettava toiminta.
Mikään muu piirin osa tai johdin ei saa koskea alumiinialustaan. Triacia levitetään alumiinille kotelon siinä osassa, joka on tarkoitettu asennettavaksi jäähdyttimeen.
Sinun tulisi käyttää lämpöä johtavaa tahnaa triac-rungon ja alumiinialustan kosketusalueella. Jotkut triakkimerkit, joissa on eristämätön anodi, on asennettava kiillelevyn läpi.
Mahdollisuus kiinnittää triac substraattiin niiteillä. Kääntöpuolella niitti tasoittuu tasolle substraatin pinnan kanssa
Triac on painettava tiukasti pohjaan jonkinlaisella painolla ja täytettävä epoksiliimalla kehän ympärille tai kiinnitettävä jollakin tavalla häiritsemättä substraatin takapinnan pintaa (esimerkiksi niittejä).
Yhdisteen valmistus ja ruumiin täyttö
Elektroniikkalaitteen kiinteän rungon valmistamiseksi tarvitaan yhdistelmäseos. Yhdisteseoksen koostumus perustuu kahteen komponenttiin:
- Epoksi ilman kovetetta.
- Alabasterjauhe.
Alabasterin lisäyksen ansiosta päällikkö ratkaisee kaksi ongelmaa kerralla - hän saa tyhjentävän määrän täyteainetta nimelliskululla epoksihartsia ja luo täyttöä optimaalisen sakeuden.
Seos on sekoitettava huolellisesti, minkä jälkeen voit lisätä kovetteen ja sekoittaa uudelleen huolellisesti. Asenna seuraavaksi huolellisesti ”seinälle asennettava” asennuspahvi laatikon sisälle luodulla yhdisteellä.
Näin näyttää itse kokoamasi puolijohdereleen valmis esimerkki. Hieman epätavallinen ja ei kovin edustuskelpoinen, mutta riittävän luotettava
Täyttö tehdään ylemmälle tasolle jättäen pinnalle vain osa valvontalaitteen päästä. Aluksi yhdisteen pinta ei välttämättä näytä täysin sileältä, mutta hetken kuluttua kuva muuttuu. Jää vain odottaa, että valettu jähmettyy kokonaan.
Itse asiassa voit käyttää mitä tahansa sopivia valuratkaisuja. Tärkein kriteeri on, että valukoostumus ei saisi olla sähköä johtava, ja lisäksi jäykistymisen jälkeen tulisi muodostua hyvä valetusjäykkyys. Puolijohdereleen valettu kotelo on eräänlainen suoja elektroniselle piirille vahingossa tapahtuvilta fysikaalisilta vaurioilta.
Tämä video näyttää kuinka ja minkä elektronisten komponenttien perusteella puolijohderele voidaan tehdä. Kirjailija puhuu selkeästi kaikista valmistuskäytännön yksityiskohdista, jotka hän on henkilökohtaisesti kohdannut elektronisen kytkimen valmistuksen yhteydessä:
Video ongelmasta, joka voi kohdata hankkiessaan yksivaiheisen TTR: n myyjiltä Kiinasta. Matkan varrella suorittaa eräänlainen katsaus laitteen kytkentälaitteeseen:
Puolijohdereleiden itsevalmistus on mahdollinen ratkaisu, mutta suhteessa heikosti kuluttaviin tuotteisiin, jotka ovat pienjännitekuormituksessa.
Tehokkaampien ja korkeajännitelaitteiden valmistus omilla käsillä on vaikeaa. Ja tämä rahoitussitoumus maksaa saman summan kuin tehdaskappaleen arvioidaan. Joten tarvittaessa on helpompaa ostaa valmis teollisuuslaite.
Jos sinulla on kysymyksiä puolijohdereleen kokoamisesta, kysy niitä kommenttiruudussa, ja yritämme antaa sinulle erittäin selkeän vastauksen. Siellä voit jakaa kokemuksia releiden itsetuotannosta tai antaa arvokasta tietoa artikkelin aiheesta.