Практическое применение и схемы подключения твердотельного реле

Содержание

IRF4905 Datasheet Pdf
Сферы применения
Конструкция
Принцип работы твердотельного реле
Схема для подключения реле
Инструкция для самостоятельной сборки твердотельного реле на 12 В
- В качестве иллюстративного образца предлагается воспользоваться следующими деталями:
Устройство твердотельного реле
Как проверить твердотельное реле мультиметром?
- Как проверить твердотельное реле на функциональность?
Твердотелки – надо ли их использовать?
Как сделать ТТР своими руками?
Поделки своими руками для автолюбителей
- Популярное;

IRF4905 Datasheet Pdf

Схему собрал самую простую, ту что на рисунке 4

В качестве коммутирующего транзистора в этой схеме использован транзистор IRF4905 с каналом – р. Транзистор не был снабжен теплоотводом и в открытом состоянии нагревался до +60˚С при токе 2А. Напряжение 3,3В коммутировал нормально. Теперь, имея в своем распоряжении такой преобразователь, что нам мешает использовать в положительном проводе питания и транзистор с каналом n?

Результат превзошел мои ожидания. Транзистор IRF2505 без радиатора практически не грелся при токе нагрузки 4А. при напряжении на нагрузке 12,6 В В обоих экспериментах ток управления я выставил примерно 10 мА. Максимальный ток светодиода по документам – 50 мА. Больше 10 мА не стоит увеличивать ток – практически ни чего не меняется. Я очень доволен таким реле. Если описать параметры этой релюхи, применительно к электромагнитному реле, то они были бы такими. Напряжение срабатывания – какое хочешь ! Только подбирай R2. Ток срабатывания – 10 мА. Ток и напряжение коммутации – какое хочешь !!! (В разумных пределах конечно)Только подбирай транзисторы. Не слабо. Хотелось бы проверить данные устройства с коммутацией емкостных и индуктивных нагрузок. Это позже. Пока искал буквы на клавиатуре, пришла еще одна мысль. Если транзистор поставить в диагональ диодного моста, то можно коммутировать переменные напряжения. Таким реле можно коммутировать обмотки трансформаторов. Пока все. Всем удачи. К.В.Ю.

Сферы применения

Твердотельное реле 12в

SSR не заменит полностью электромагнитный аналог, но во многих областях превосходит его в применении.

Сфера применения достаточно обширная. Его устанавливают в том оборудования, где нужно надежное и длительное использование системы.

Для поддержания постоянной температуры в технологическом процессе.
Регулятор мощности тока.
При замене пyскателя реверсивного типа.
Электрический двигатель.
Датчик движения.
Датчик освещения.
Диммер (выключатель с регулировкой яркости лампы).
Производственные станки.
Регулятор температуры камеры.

Далеко не весь список использования.

Конструкция

Устройство твердотельного реле — это электронная плата, состоящая из силового ключа, элемента развязки и узла управления. В качестве силовых элементов могут быть использованы:

для цепей постоянного тока: транзисторы, полевые транзисторы, составные транзисторы MOSFET или модули IGBT.
для управления цепями с переменным напряжением устанавливают симисторные ключи или тиристорные сборки.

В качестве элемента развязки устанавливают оптроны — это устройство состоит из светоизлучающего элемента и фото приемника, разделенных прозрачным диэлектриком. Узел управления представляет собой схему стабилизации напряжения и тока для светоизлучающего элемента в оптроне.

Как видно из схемы, входы управления под номерами 3 и 4, а выход — клеммы 1 и 2. В данной схеме входной сигнал может быть от 70 вольт до 280 переменного напряжения, а напряжение на нагрузке может достигать 480 вольт. Не имеет значения, на каком контакте расположен потребитель, до или после реле.

Условное обозначение твердотельного реле на схеме может выглядеть так (для увеличения нажмите на картинку):

Что касается схемы подключения, в ней аппарат установлен после нагрузки, соединяя его с землей. При таком подключении в случае короткого замыкания на землю, реле исключается из цепочки протекания тока.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на которых наглядно демонстрируется, как работает твердотельное реле и из чего оно состоит:

Вот мы и рассмотрели назначение, область применения и конструкцию твердотельного реле. Надеемся, предоставленная информация была полезной и понятной!

Наверняка вы не знаете:

Для чего нужна релейная защита
Как работает магнитный пускатель
Системы дистанционного управления освещением

Принцип работы твердотельного реле

Рис. №3. Схема работы с использованием твердотельного реле. В положении выключено, когда на входе наблюдается 0 В, твердотельное реле не дает пройти току через нагрузку. В положение включено, на входе есть напряжение, ток идет через нагрузку.

Основные элементы регулируемой входной цепи переменного напряжения.

Регулятор тока служит для поддержки неизменного значения тока.
Двухполупериодный мост и конденсаторы на входе в устройство служат для преобразования сигнала переменного тока в постоянный.
Встроенный оптрон оптической развязки, на него подается питающее напряжение и через него протекает входной ток.
Тригерная цепь служит для управления эмиссией света встроенного оптрона, в случае прекращения подачи входного сигнала ток прекратит свое протекание через выход.
Резисторы, расположенные в схеме последовательно.

В твердотельных реле используется два распространенных типа оптических развязок – семистор и транзистор.

Симистор обладает следующими преимуществами: включение в состав развязки тригерной цепи и ее защищенность от помех. К недостаткам следует отнести дороговизну и необходимость больших величин тока на входе в устройство, необходимого для переключения выхода.

Рис. №4. Схема реле с семистором.

Тиристор — не нуждается в наличии большого значения тока для переключения выхода. Недостаток – нахождение триггерной цепи вне развязки, а значит большее число элементов и слабая защита от помех.

Рис. №5. Схема реле с тиристором.

Рис. №6. Внешний вид и расположение элементов в конструкции твердотельного реле с транзисторным управлением.

Принцип работы твердотельного реле типа SCR полупериодного управления

При прохождении тока через реле исключительно в одном направлении величина мощности снижается почти на 50%. Для предотвращения этого явления используют два параллельно подключенных SCR, расположенные на выходе (катод соединяется анодом другого).

Рис. №7. Схема принципа работы полупериодного управления SCR

Типы коммутирования твердотельных реле

Управление коммутационными действиями при переходе тока через ноль.

Рис. №8. Коммутация реле при переходе тока через ноль.

Используется для резистивной нагрузки в системах управления и контролирования нагревательных устройств. Использование в слабоиндуктивных и емкостных нагрузках.

Фазовое управление твердотельным реле

Рис.№9. Схема фазного управления.

Основные показатели для выбора твердотельных реле

Ток: нагрузки, пусковой, номинальный.
Тип нагрузки: индуктивность, емкость или резистивная нагрузка.
Тип напряжения цепи: переменное или постоянное.
Тип сигнала управления.

Ориентировочные примеры выбора реле при превышении тока

Нагрузка активной мощности, например, ТЭН – запас 30-40%.
Электродвигатель асинхронного типа, 10 кратный запас по току.
Освещение с лампами накаливания – 12 кратный запас.
Электромагнитные реле, катушки – от 4 до 10 кратного запаса.

Рис. №10. Примеры выбора реле при активной нагрузке по току.

Такой электронный компонент электрических цепей как твердотельное реле становиться обязательным интерфейсом в современных схемах и обеспечивает надежную электрическую изоляцию между всеми задействованными электроцепями.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Схема для подключения реле

Все полупроводниковые устройства такого рода поделены на участки, среди которых: входная часть, оптическая развязка, триггер, а также цепи переключения и защиты. На входе присутствует отдельная первичная цепь, куда последовательным способом включено сопротивление. Главная задача входного участка – принимать импульсы, передавая их в дальнейшем на участок коммутации. На схемах и фото твердотельного реле видно, что две цепи имеют между собой изоляционный слой. Его роль выполняет оптическая развязка. От типа и особенностей развязки зависят общие конечные характеристики прибора и особенности его работы. Чтобы понимать, как правильно подключить твердотельные реле, необходимо подробнее разобраться в его конструкции. Так, сигнал на входе обрабатывается при помощи триггерной цепи. Цепь представляет собой индивидуальную деталь конструкции и активно задействуется в переключении выхода. Она, в зависимости от структуры прибора, может также входить в состав вышеупомянутой развязки. Регулирование напряжения нагрузки происходит на участке, где расположены транзистор, симистор и диод из кремния.

https://meanders.ru/chto-takoe-tverdotelnoe-rele-ego-shemy-upravlenie-i-podkljuchenie.shtml
https://www.asutpp.ru/tverdotelnoe-rele.html
https://fb.ru/article/374516/tverdotelnoe-rele-svoimi-rukami-shema
https://www.syl.ru/article/298603/tverdotelnoe-rele-toka-upravlenie-podklyuchenie
http://electric-tolk.ru/podklyuchenie-tverdotelnogo-rele/
https://sovet-ingenera.com/elektrika/rele/tverdotelnoe-rele.html
https://electrikmaster.ru/tverdotelnoe-rele/

Инструкция для самостоятельной сборки твердотельного реле на 12 В

Если вы намерены собрать твердотельное реле, то вам понадобится соорудить цепочку с симистором, схемой управления и гальванической развязкой (по типу симисторной оптопары).

В качестве иллюстративного образца предлагается воспользоваться следующими деталями:

симисторной оптопарой MOC3083 (VD1);
симистором с изолированным анодом BT139-800 16A (V1 от Philips);
сопротивлением для ограничения тока через светодиод MOC3083 (R1 750Ом 0,5Вт);
светодиодом индикации АЛ307А (LD1);
резистором на управляющий электрод симистора 160 Ом (R2 , 0.125Вт).

Для самостоятельной сборки твердотельного реле понадобится в первую очередь металлическая (лучше всего из алюминия) быстро проводящая тепло подложка. Конкретные габариты подложки (размеры и толщина) зависят от того, какое количество тепла нужно будет отводить от симистора (учитывайте также, что и сама подложка может располагаться на поверхности из металла).
После потребуется опалубка под заливку. Она должна быть таких размеров, чтобы вместить все компоненты устройства. Под опалубку пойдёт любая подходящих габаритов пластиковая деталь.
Клеевым пистолетом опалубка скрепляется с подложкой. Герметизируются все имеющиеся щели.
Размещается предварительно спаянная и протестированная схема. Учтите, что не всегда можно сразу же точно определить положение выводов симистора. Чтобы уточнить этот момент следует соединить тестер на мегаомах с выходными концами симистора. Если симистор открывается, то уровень сопротивления вместо десятков мегаом снизится до единиц килоом.
Между спинкой корпуса симистора и поверхностью подложки необходима прослойка из теплопроводной пасты (КПТ-8). Ранее не изолированный анод симистора также необходимо отгородить изоляционной прокладкой. В любом случае, ни одна составляющая схемы не должна иметь прямого контакта с металлической подложкой.
Вновь вооружившись клеевым пистолетом нужно скрепить корпус симистора с подложкой.
Уложить все прочие составляющие схемы, продолжая крепить их так, чтобы они не контактировали с подложкой.
Залить форму компаундом.

Устройство твердотельного реле

Современные твердотельные реле (ТТР) представляют собой модульные полупроводниковые приборы, являющиеся силовыми электропереключателями.

Ключевые рабочие узлы этих устройств представлены симисторами, тиристорами или транзисторами. ТТР не имеют подвижных частей, чем отличаются от электромеханических реле.

Размер твердотельного реле во многом зависит от максимально допустимой нагрузки и возможности отводить тепло путем теплопередачи и конвекции (+)

Внутреннее устройство этих приборов может сильно различаться в зависимости типа регулируемой нагрузки и электрической схемы.

Простейшие твердотельные реле включают такие узлы:

входной узел с предохранителями;
триггерная цепь;
оптическая (гальваническая) развязка;
переключающий узел;
защитные цепи;
узел выхода на нагрузку.

Входной узел ТТР представляет собой первичную цепь с последовательно подключенным резистором. Предохранитель в эту цепь встраивается опционально. Задача узла входа – принятие управляющего сигнала и передача команды на коммутирующие нагрузку переключатели.

При переменном токе для разделения контролирующей и основной цепи применяют гальваническую развязку. От её устройства во многом зависит принцип работы реле. Ответственная за обработку входного сигнала триггерная цепь может включаться в узел оптической развязки или располагаться отдельно.

Защитный узел препятствует возникновению перегрузок и ошибок, ведь в случае поломки прибора может выйти из строя и подключенная техника.

Основное предназначение твердотельных реле – замыкание/размыкание электрической сети с помощью слабого управляющего сигнала. В отличие от электромеханических аналогов, они имеют более компактную форму и не производят в процессе работы характерных щелчков.

Как проверить твердотельное реле мультиметром?

Мультиметр – прибор, которым фактически определяется импеданс в момент подачи небольшого уровня напряжения через щупы непосредственно в тестируемую цепь. Затем мультиметром измеряется ток, протекающий через щупы, с последующим вычислением сопротивления.

Теоретически всё достаточно просто. Через классическую формулу тоже:

R = U / I

Однако, как отмечалось выше по тексту, выход твердотельного электронного реле включается путём «отбора» небольшой части напряжения из сети переменного тока для подачи управляющего тока на затвор тиристоров.

Проще говоря, если сеть переменного тока не подключена к твердотельному реле, на выходе какой-либо потенциал отсутствует. Поскольку тех уровней напряжения и тока, что создаются мультиметром, недостаточно для включения тиристоров, выход твердотельного электронного реле останется в состоянии «отключено».

Как результат твердотельные электронные реле невозможно проверить, если рассчитывать на значительное изменение выходного импеданса в моменты включения твердотельного реле.

Поэтому эффективный способ стендовых испытаний твердотельного реле — это построение простой испытательной схемы, куда входит источник питания постоянного тока (батарея на 9 вольт). Также понадобится лампа накаливания мощностью 60 или 100 Вт.

Простая электрическая схема для проверки твердотельного реле на работоспособность или на дефект: L1, L2 – сетевой терминал; Л1 – лампа накаливания; ТЭР – твердотельное электронное реле; К1 – кнопочный коммутатор; ИП – источник питания постоянного напряжения

Картинка выше демонстрирует базовую схему подключения, пригодную для проверки твердотельного реле постоянного тока. Когда на выход прибора подключается сеть переменного напряжения, лампа накаливания гореть не должна. Когда же кнопка К1 приводится в действие, источник постоянного напряжения активирует вход прибора, соответственно, выход включается, лампа накаливания загорается.

Аналогичная испытательная схема проверки пригодна для тестирования работоспособности твердотельного электронного реле на входе переменного тока. Достаточно лишь заменить источник постоянного тока подключением к сети переменного тока через К1, как показано на схеме ниже.

Второй вариант схемы без внешнего источника питания: L1, L2 – сетевой терминал; Л1 – лампа накаливания; ТЭР – тестируемый электронный прибор; К1 – кнопочный коммутатор

Как и в случае с выходом, вход не чувствителен к полярности. Однако эту схему допустимо использовать только в том случае, если напряжение сети меньше максимального номинального входного напряжения проверяемого устройства. Подача напряжения на вход, превышающего максимальное значение прибора, приведёт к повреждению.

Как проверить твердотельное реле на функциональность?

Первую схему проверки мультиметром твердотельного реле также допустимо применять для оценки функциональности выхода твердотельного прибора постоянного тока. Это можно сделать, применив второй источник питания для переключения выхода вместо сетевого импеданса.

Однако источник питания здесь должен иметь достаточное напряжение для включения лампы накаливания мощностью 40 Вт или 60 Вт. В большинстве случаев достаточно источника питания на 60 вольт постоянного тока, способного обеспечить нагрузку до 1А.

Кроме того, в отличие от выхода ТЭР переменного тока, выход ТЭР постоянного тока чувствителен к полярности. Клеммы «+» и «-» источника питания необходимо подключать к соответствующим клеммам «+» и «-» выхода.

Нагрузка лампой обеспечивает лёгкое визуальное подтверждение работы прибора, но также необходимо учитывать, что в некоторых случаях предпочтительно использовать другой тип нагрузки для стендовой проверки. В большинстве случаев это не проблема, пока не превышаются номинальные значения напряжения и тока ТЭР.

Однако с твердотельными приборами постоянного тока следует быть несколько осторожнее. Если решено использовать:

электрический двигатель,
вентиляционную установку,
катушку электромагнита,

или любой другой тип индуктивной нагрузки, в таком случае подавляющий диод (1N4937RLG или аналогичный) необходимо установить обратно параллельно нагрузке. Этим предотвращается повреждение прибора потенциалом обратной ЭДС при обесточенной нагрузке.

При помощи информации: Crydom

Твердотелки – надо ли их использовать?

Для начала рассмотрим также целесообразность применения таких реле. Например, реальный случай:

Другой случай, когда такие реле не нужны:

О перегрузках и защите твердотельных реле будет подробно сказано ниже, а в данном случае целесообразно применить обычный контактор, который прекрасно справляется с перегрузкой и стоит в 10 раз дешевле.

Поэтому, за модой гнаться не стоит, а лучше применить трезвый расчет. Расчет по току и по финансам.

Если кому-то придёт в голову, можно кнопкой звонка или герконом запускать двигатель мощностью 10 кВт! Но не так всё просто, подробности будут ниже.

Как сделать ТТР своими руками?

Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

Электронные компоненты для сборки схемы

Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

Оптопара типа МОС3083.
Симистор типа ВТ139-800.
Транзистор серии КТ209.
Резисторы, стабилитрон, светодиод.

Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

Проверка собранной схемы на работоспособность

Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

Устройство монолитного корпуса

Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

Приготовление компаунда и заливка корпуса

Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

Эпоксидная смола без отвердителя.
Порошок алебастра.

Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

Поделки своими руками для автолюбителей

Привет всем, сегодняшняя статья будет полезна для автолюбителей, так как в ней рассмотрим предельно простую, мало затратную и надежную схему реле поворотников на транзисторах, подойдёт как и для ламп, так и для светодиодов.

В основном реле бывают двух типов, электромеханические и твердотельные. Самый основной недостаток обычного или электромеханического реле заключается в том, что контакты со временем обгорают, не исключено и их залипание даже если реле новое.

Представленная схема не нуждается в дополнительной настройки и заработает сразу после включения в цепь, а подключается оно в разрыв плюса питания или иначе говоря последовательно с нагрузкой.

Такая схема будет работать ну буквально вечно, а стоить будет гораздо меньше, чем готовый вариант с магазина.

Как работает схема?

По сути это несимметричный мультивибратор слегка подогнанный для работы с полевым ключом, в начальный момент времени через диод D1 заряжается конденсатор C1 оба транзистора закрыты.

Через резистор R3 заряжается электролитический конденсатор, через некоторое время напряжение на этом конденсаторе плавно нарастает до некоторого значения и как только оно будет больше напряжения отпирания транзистора VT1, последний сработает.

По его открытому переходу напряжение поступает на затвор полевого транзистора, вследствие чего тот мгновенно сработает, коммутируя нагрузку. Грубо говоря полевой транзистор у нас в качестве обычного выключателя, который управляется схемой генератора на маломощном транзисторе.

Далее после срабатывания ключа, правая обкладка конденсатора будет соединена с массой питания, а левая через эмиттерный переход первого транзистора к плюсу питания,

то есть происходит заряд конденсатора обратной полярностью.

Зарядный ток конденсатора будет удерживать оба транзистора в состоянии насыщения, в этом режиме транзисторы полностью открыты и КПД схемы достигает своего апогея.

По мере нарастания напряжения на конденсаторе, ток его заряда упадёт и ключи выйдут из режима насыщения, а в таком состоянии силовой ключик уже будет нагреваться.

Так, как конденсатор у нас был заряжен обратной полярностью на базу транзистора vt1 будет приложена грубо говоря плюсовое питание, что приводит к скоростному запирания транзистора, а вслед за ним закрывается и полевик.Всё это время через резистор R2 протекал ничтожный ток, который почти не влиял на работу происходящих процессов.

Время срабатывания полевого транзистора, а следовательно и миганий ламп зависит от номиналов C2 R2 и R3, чем больше ёмкость конденсатора или сопротивление резисторов, тем меньше частота миганий и наоборот.

Резистор R1 выполняет несколько функций и в их числе обеспечивание надежного запирания полевого ключа. Транзистор в схеме генератора можно взять любой средней мощности наподобие BD140, выбор полевого транзистора зависит от мощности коммутируемой нагрузки.

Отлично подходит транзисторы от материнских плат ПК, я же поставил IRFZ44? как самый ходовой вариант.

C таким раскладом схема может коммутировать нагрузки с мощностью до 100-150 ватт, но к транзистору скорее всего нужно будет прикрутить небольшой радиатор, а при мощности около 50 ватт в радиаторе нет необходимости.

Если нагрузка небольшая например светодиодная лампа, то вместо полевого можно использовать биполярный транзистор обратной проводимости, в этом случае схема будет выглядеть следующим образом.

На всякий случай развёл печатную плату, хотя всё можно собрать на макете.

Архив к статье:

Автор; АКА КАСЬЯН

Твердотельное реле: виды, практическое применение, схемы подключения

IRF4905 Datasheet Pdf

Сферы применения

Конструкция

Принцип работы твердотельного реле