DIY Polovodičové relé: Montážní pokyny a tipy pro připojení

Solid State Relay (TTR) je zařízení z řady elektronických součástí nemechanického působení. Nedostatek mechaniky otevírá více příležitostí pro milovníky elektroniky k tomu, aby si pomocí vlastních rukou vytvořili pevné relé pro osobní použití.

Zvažte tuto možnost podrobněji.

Návrh a princip fungování TTR

Pokud většina takové elektroniky tradičně obsahuje pohyblivé části kontaktních skupin, polovodičové relé takové součásti vůbec nemá. Přepínání obvodu s obvodem zařízení se provádí podle principu elektronického klíče. A roli elektronických klíčů obvykle hrají polovodiče zabudované do těla relé - výkonové tranzistory, triaky, tyristory.

Než se pokusíte vytvořit polovodičové relé sami, je logické seznámit se se základním designem takových zařízení a pochopit princip jejich činnosti.

Polovodičová relé různých konfigurací jsou vyráběna v průmyslu a jsou navržena pro nejrůznější podmínky praktické aplikace. Široký výběr úprav

V rámci přísné studie zařízení je nutné okamžitě zdůraznit výhody TTR:

• spínání vysokých zátěží;
• vysoká spínací rychlost;
• perfektní galvanická izolace;
• schopnost krátce držet vysoké přetížení

Mezi mechanickými strukturami není opravdu možné najít relé s podobnými parametry. Obecně jsou výhody oproti mechanickým protějškům polovodičových relé vyjádřeny působivým seznamem.

Dvě elektronická zařízení, která funkčně zajišťují spínání obvodů: vlevo je vyrobeno na základě polovodičového designu, vpravo je tradiční mechanický spínací systém

Provozní podmínky pro TTR prakticky neomezují použití těchto zařízení. Kromě toho nepřítomnost pohyblivých mechanických částí příznivě ovlivňuje životnost zařízení.Existuje tedy každý důvod, proč se vypořádat s polovodičovým relé - sestavit zařízení vlastními rukama.

Ve spravedlivosti, spolu s pozitivními aspekty, je však třeba poznamenat, že vlastnosti relé, charakterizované jako nedostatky. Pro provoz výkonných zařízení je tedy zpravidla nutná další součást struktury, která je určena k odvádění tepla.

V případě přepínání výkonné zátěže jsou polovodičová relé téměř vždy doplněna výkonnými chladicími radiátory. Tento bod komplikuje použití TTR.

Polovodičové reléové chladiče mají celkové rozměry několikanásobně větší než rozměry TTR, což snižuje pohodlí a racionálnost instalace.

Zařízení TTR během provozu (v uzavřeném stavu) poskytují zpětný svodový proud a vykazují nelineární charakteristiku proud-napětí. Ne všechna polovodičová relé mohou být použita bez omezení vlastností spínaného napětí.

Konstrukce pro použití pouze v obvodech, kde je napájení napájeno stejnosměrným proudem. Tato zařízení se obvykle vyznačují malými rozměry a nízkým spínacím výkonem

Některé typy zařízení jsou navrženy tak, aby přepínaly pouze stejnosměrný proud. Zavedení polovodičových relé v obvodu obvykle vyžaduje další opatření zaměřená na blokování falešných poplachů.

Polovodičová relé lze často nalézt běžně elektrický panel bytu.

Jak funguje relé v pevné fázi?

Řídicí signál (obvykle nízkoúrovňové napětí, vycházející například z řídicí jednotky) je přiváděn do diody LED optoelektronického páru přítomného v obvodu TTR. LED začne emitovat světlo směrem k fotodiodě, která se zase otevírá a začíná procházet proudem.

Obecné schéma TTR, které jasně ukazuje, jak funguje elektronické zařízení: 1 - zdroj řídicího napětí; 2 - optočlen uvnitř krytu relé; 3 - zdroj proudu zátěže; 4 - zatížení

Proud procházející fotodiodou přichází do řídicí elektrody klíčového tranzistoru nebo tyristoru. Klíč se otevře, uzavře zatěžovací obvod.

Takto funguje funkce přepínání zařízení. Veškerá elektronika je tradičně uzavřena v monolitickém krytu. Ve skutečnosti se tedy zařízení nazývalo polovodičové relé.

A jak připojit polovodičové relé najdete v tyto věci.

Polovodičové spínače

Celý existující rozsah zařízení lze podmíněně rozdělit do skupin podle kategorie připojené zátěže, vlastností řízení napětí a přepínání.

Takto budou sestaveny celkem tři skupiny:

1. Zařízení pracující v DC obvodech.
2. Zařízení pracující v AC obvodech.
3. Univerzální vzory.

První skupinu představují přístroje s parametry pracovních řídících napětí 3 - 32 V. Jedná se o relativně malou elektroniku vybavenou LED indikátory, která je schopna fungovat bez přerušení při teplotách -35 / +75 ºС.

Rozšířený návrh elektronického zařízení pro použití v jednofázové elektrické síti. Nalezeny jsou i jiné možnosti designu, ale mnohem méně často.

Druhá skupina - zařízení určená k instalaci v AC sítích. Zde jsou návrhy TTR pro instalaci do AC sítí, řízené napětím 24 - 250 voltů. Existují zařízení, která jsou schopna spínat vysoké energetické zatížení.

Třetí skupinou jsou univerzální zařízení. Obvod tohoto typu zařízení podporuje ruční ladění pro použití za určitých podmínek.

Pokud začnete od povahy připojené zátěže, měli byste rozlišit dva typy polovodičových relé v pevné fázi: jednofázové a třífázové. Oba typy jsou určeny pro spínání dostatečně silné zátěže při proudech 10 - 75 A.V tomto případě mohou špičkové krátkodobé proudové hodnoty dosáhnout 500 A.

Rozsáhlá verze pro použití v třífázové elektrické síti. Často se používá jako lineární regulátor výkonných elektrických ohřívačů (TEN)

Kapacitní, odporové indukční obvody mohou působit jako zátěž spínaná polovodičovými relé. Konstrukce spínačů umožňuje hladké ovládání například topných těles, žárovek, elektromotorů bez zbytečného hluku.

Spolehlivost je dostatečně vysoká. Ale v mnoha ohledech, stabilita a trvanlivost polovodičových relé závisí na kvalitě výroby. Zařízení vyráběná pod určitou ochrannou známkou Impuls jsou tedy často označena krátkou životností.

Na druhé straně produkty Schneider Electric neponechávají žádný prostor pro kritiku.

Jak si vyrobit TTR vlastníma rukama?

Vzhledem k konstrukčnímu rysu zařízení (monolit) není obvod namontován na textitovou desku, jak je obvyklé, ale na zeď.

Vypadá to, jak vypadá design polovodičových relé vyrobených vlastní činností. Je snadné udělat něco takového. Jsou zapotřebí pouze základní dovednosti elektrotechnika a elektrikáře. Materiálové náklady jsou malé

V tomto směru existuje mnoho řešení obvodů. Konkrétní možnost závisí na požadovaném spínacím výkonu a dalších parametrech.

Elektronické komponenty pro montáž obvodů

Seznam prvků jednoduchého obvodu pro praktický vývoj a konstrukci polovodičového relé vlastníma rukama je následující:

1. Optočlen typ MOS3083.
2. Typ triaku VT139-800.
3. Tranzistor řady KT209.
4. Rezistory, Zenerova dioda, LED.

Všechny tyto elektronické komponenty jsou pájeny povrchovou montáží podle následujícího schématu:

Schematické schéma nízkoenergetického polovodičového relé pro sestavení pro kutily. Malý počet dílů a jednoduchá instalace s kloubem umožňují bezproblémové pájení obvodu

V důsledku použití optočlenu MOS3083 v obvodu generování řídícího signálu se může vstupní napětí lišit od 5 do 24 voltů.

A díky řetězu, který sestává zenerovy diody a omezovacího odporu, je proud procházející řídicí LED diodou snížen na minimum. Toto řešení poskytuje dlouhou životnost řídicí LED.

Kontrola funkčnosti sestaveného obvodu

Montovaný obvod musí být zkontrolován z hlediska funkčnosti. Není nutné připojovat zátěžové napětí 220 V k spínacímu obvodu pomocí triaku. Stačí připojit měřící zařízení - tester paralelně se spínací linkou triaku.

Kontrola výkonu polovodičového relé pomocí měřicího zařízení. Pokud je na vstup zařízení přivedeno řídicí napětí, musí být triakální přechod otevřený

Režim měření zkušebního zařízení musí být nastaven na „mOhm“ a zapojit napájení (5-24 V) do obvodu pro generování řídicího napětí. Pokud všechno funguje správně, měl by tester ukázat rozdíl v odporu od „mOhm“ do „kOhm“.

Monolitické bydlení

Pod základem budoucího polovodičového pouzdra relé bude vyžadována hliníková deska o tloušťce 3-5 mm. Rozměry desky nejsou kritické, ale musí splňovat podmínky pro účinné odvádění tepla z triaku, když je tento elektronický prvek zahříván.

Rám pro nalití případu budoucího zařízení. Vyrobeno z lepenky nebo jiného vhodného materiálu. Upevňuje se na hliníkový podklad univerzálním lepidlem.

Povrch hliníkové desky by měl být rovný. Dále je nutné zpracovat obě strany - oloupat jemným brusným papírem, vyleštit.

V další fázi je připravená deska vybavena „bedněním“ - po obvodu je nalepena hranice z lepenky nebo plastu. Měl by to být druh krabice, která bude následně vyplněna epoxidem.

Uvnitř vytvořeného boxu je umístěn elektronický obvod polovodičového relé sestavený pomocí „baldachýnu“. Na povrch hliníkové desky je položen pouze triak.

Upevnění triaku na hliníkový podklad. Hlavní podmínkou je, že tato elektronická součástka musí být pevně přitlačena k kovové základně. To je jediný způsob, jak zajistit vysoce kvalitní odvod tepla a spolehlivý provoz.

Hliníkový substrát by se neměl dotýkat žádných jiných částí obvodu ani vodičů. Triak je aplikován na hliník tou částí těla, která je určena k instalaci na radiátor.

Na kontaktní plochu těla triaku a hliníkového substrátu byste měli použít tepelně vodivou pastu. Některé značky triaků s neizolovanou anodou musí být umístěny přes slínovou podložku.

Možnost připevnění triaku k podkladu pomocí nýtů. Na zadní straně nýt narovná s povrchem substrátu

Triak musí být pevně přitlačen k podkladu nějakým druhem závaží a vyplněn epoxidovým lepidlem po obvodu nebo zajištěn nějakým způsobem bez narušení povrchu zadní strany substrátu (například nýty).

Příprava směsi a plnění těla

Pro výrobu pevného tělesa elektronického zařízení bude vyžadována směsná směs. Složení směsi sloučenin je založeno na dvou složkách:

1. Epoxidová pryskyřice bez tužidla.
2. Alabastrový prášek.

Díky přidání alabastru Master řeší dva problémy najednou - dostává při jmenovité spotřebě epoxidové pryskyřice vyčerpávající objem plniva a vytváří výplň optimální konzistence.

Směs musí být důkladně promíchána, poté můžete přidat tvrdidlo a znovu důkladně promíchat. Poté opatrně namontujte „nástěnnou“ instalaci do kartonové krabice s vytvořenou směsí.

Takto vypadá finální instance polovodičového relé sestaveného vámi. Trochu neobvyklé a málo prezentovatelné, ale dostatečně spolehlivé

Naplnění se provádí do horní úrovně, přičemž na povrchu zůstane pouze část hlavy řídicí LED. Povrch sloučeniny nemusí zpočátku vypadat zcela hladce, ale po chvíli se obraz změní. Zbývá jen čekat, až obsazení zcela ztuhne.

Ve skutečnosti můžete použít jakákoli vhodná řešení odlévání. Hlavním kritériem je, že odlévací směs by neměla být elektricky vodivá a po ztuhnutí by měla být vytvořena dobrá tuhost odlitku. Tvarovaná skříň polovodičového relé je druh ochrany elektronického obvodu před náhodným fyzickým poškozením.

Závěry a užitečné video na toto téma

Toto video ukazuje, jak a na základě jakých elektronických součástek lze polovodičové relé vyrobit. Autor přehledně hovoří o všech detailech výrobní praxe, s nimiž se osobně setkal při výrobě elektronického spínače:

Video o problému, s nímž se můžete setkat po získání jednofázového TTR od prodejců z Číny. Po cestě provede určitý druh přepínání zařízení:

Vlastní výroba polovodičových relé je možné řešení, ale s ohledem na výrobky pod nízkonapěťovým zatížením, které spotřebovávají relativně nízký výkon.

Je obtížné vyrobit silnější a vysokonapěťová zařízení vlastníma rukama. A tento finanční závazek bude stát stejnou částku, jakou se odhaduje tovární kopie. V případě potřeby je tedy snazší koupit hotové průmyslové zařízení.

Máte-li jakékoli dotazy týkající se sestavení polovodičového relé, zeptejte se jich do pole s poznámkami a pokusíme se vám dát velmi jasnou odpověď. Tam se můžete podělit o zkušenosti s výrobními relé nebo poskytnout cenné informace k tématu článku.