DIY Solid State Relay: Montageanleitung und Verbindungstipps

Solid State Relay (TTR) ist ein Gerät aus einer Reihe elektronischer Komponenten mit nicht mechanischer Wirkung. Der Mangel an Mechanik eröffnet Elektronikliebhabern mehr Möglichkeiten, ein Halbleiterrelais mit eigenen Händen für den persönlichen Gebrauch herzustellen.

Betrachten Sie diese Möglichkeit genauer.

Aufbau und Funktionsweise des TTR

Wenn der größte Teil dieser Elektronik traditionell bewegliche Teile von Kontaktgruppen enthält, hat ein Halbleiterrelais überhaupt keine solchen Teile. Das Schalten der Schaltung mit einer Vorrichtungsschaltung erfolgt nach dem Prinzip eines elektronischen Schlüssels. Und die Rolle elektronischer Schlüssel spielen normalerweise Halbleiter, die in den Körper des Relais eingebaut sind - Leistungstransistoren, Triacs, Thyristoren.

Bevor Sie versuchen, selbst ein Halbleiterrelais herzustellen, ist es logisch, sich mit dem grundlegenden Design solcher Geräte vertraut zu machen, um das Prinzip ihrer Funktionsweise zu verstehen.

Halbleiterrelais mit verschiedenen Konfigurationen werden von der Industrie hergestellt und sind für die unterschiedlichsten Bedingungen der praktischen Anwendung ausgelegt. Eine große Auswahl an Modifikationen

Im Rahmen einer eingehenden Untersuchung des Geräts müssen sofort die Vorteile des TTR hervorgehoben werden:

• Hochlastschaltung;
• hohe Schaltgeschwindigkeit;
• perfekte galvanische Trennung;
• Fähigkeit, hohe Überlastungen kurz zu halten.

Unter mechanischen Strukturen ist es nicht wirklich möglich, Relais mit ähnlichen Parametern zu finden. Im Allgemeinen werden die Vorteile gegenüber den mechanischen Gegenstücken von Halbleiterrelais durch eine beeindruckende Liste ausgedrückt.

Zwei elektronische Geräte, die funktional das Schalten von Schaltkreisen ermöglichen: Links wird ein Festkörperdesign hergestellt, rechts ein traditionelles mechanisches Schaltsystem

Die Betriebsbedingungen für TTR schränken die Verwendung dieser Geräte praktisch nicht ein. Darüber hinaus wirkt sich das Fehlen beweglicher mechanischer Teile günstig auf die Lebensdauer der Geräte aus.Es gibt also allen Grund, ein Halbleiterrelais in Angriff zu nehmen - das Gerät mit eigenen Händen zusammenzubauen.

Aus Gründen der Fairness sollten jedoch neben den positiven Aspekten auch die Eigenschaften des Relais beachtet werden, die als Fehler charakterisiert sind. Für den Betrieb leistungsfähiger Geräte ist daher in der Regel eine zusätzliche Komponente der Struktur erforderlich, die zur Wärmeabfuhr ausgelegt ist.

Beim Schalten einer starken Last werden Halbleiterrelais fast immer durch leistungsstarke Kühlkörper ergänzt. Dieser Punkt erschwert die Verwendung von TTR.

Festkörper-Relaiskühlkörper haben Gesamtabmessungen, die um ein Vielfaches größer sind als die Abmessungen des TTR, was den Komfort und die Rationalität der Installation verringert.

TTR-Geräte liefern während des Betriebs (im geschlossenen Zustand) einen Rückstrom und zeigen eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Nicht alle Halbleiterrelais können ohne Einschränkungen in den Eigenschaften der geschalteten Spannungen verwendet werden.

Auslegung nur zur Verwendung in Stromkreisen, in denen die Stromversorgung über Gleichstrom erfolgt. Typischerweise zeichnen sich diese Geräte durch kleine Abmessungen und geringe Schaltleistung aus

Bestimmte Gerätetypen schalten nur Gleichstrom. Die Einführung von Halbleiterrelais in der Schaltung erfordert normalerweise zusätzliche Maßnahmen zur Blockierung von Fehlalarmen.

Halbleiterrelais sind häufig gemeinsam Schalttafel der Wohnung.

Wie funktioniert ein Halbleiterrelais?

Das Steuersignal (normalerweise eine Niederspannung, die beispielsweise von der Steuersteuerung ausgeht) wird der LED des in der TTR-Schaltung vorhandenen optoelektronischen Paares zugeführt. Die LED beginnt, Licht in Richtung der Fotodiode zu emittieren, die sich wiederum öffnet und Strom durchlässt.

Ein verallgemeinertes TTR-Schema, das deutlich zeigt, wie das elektronische Gerät funktioniert: 1 - Steuerspannungsquelle; 2 - Optokoppler im Relaisgehäuse; 3 - Stromquelle laden; 4 - laden

Der durch die Fotodiode fließende Strom gelangt zur Steuerelektrode des Schlüsseltransistors oder Thyristors. Der Schlüssel öffnet, schließt den Lastkreis.

So funktioniert die Geräteumschaltfunktion. Die gesamte Elektronik ist traditionell in einem monolithischen Gehäuse untergebracht. Tatsächlich wurde das Gerät daher als Halbleiterrelais bezeichnet.

Informationen zum Anschließen eines Halbleiterrelais finden Sie unter dieses Zeug.

Halbleiterschalter

Der gesamte vorhandene Gerätebereich kann bedingt in Gruppen eingeteilt werden, basierend auf der Kategorie der angeschlossenen Last, den Merkmalen der Spannungssteuerung und dem Schalten.

Somit werden insgesamt drei Gruppen gezogen:

1. Geräte, die in Gleichstromkreisen arbeiten.
2. Geräte, die in Wechselstromkreisen betrieben werden.
3. Universelle Designs.

Die erste Gruppe besteht aus Geräten mit Parametern von Arbeitssteuerspannungen von 3 - 32 Volt. Dies ist eine relativ kleine Elektronik mit LED-Anzeigen, die bei Temperaturen von -35 / +75 ° C ohne Unterbrechung funktioniert.

Ein weit verbreitetes Design eines elektronischen Geräts zur Verwendung in einem einphasigen elektrischen Netzwerk. Andere Gestaltungsmöglichkeiten werden ebenfalls gefunden, jedoch viel seltener.

Die zweite Gruppe - Geräte zur Installation in Wechselstromnetzen. Hier sind die Entwürfe von TTR für die Installation in Wechselstromnetzen, die von einer Spannung von 24 - 250 Volt gesteuert werden. Es gibt Geräte, die Hochleistungslasten schalten können.

Die dritte Gruppe sind Universalgeräte. Die Schaltung dieses Gerätetyps unterstützt die manuelle Abstimmung für die Verwendung unter bestimmten Bedingungen.

Wenn wir die Art der angeschlossenen Last berücksichtigen, sollten wir zwei Arten von Halbleiter-Wechselstromrelais unterscheiden: einphasig und dreiphasig. Beide Typen sind zum Schalten einer ausreichend starken Last bei Strömen von 10 - 75 A ausgelegt.In diesem Fall können Spitzen-Kurzzeitstromwerte 500 A erreichen.

Eine weit verbreitete Version zur Verwendung in einem dreiphasigen Stromnetz. Wird häufig als Linearregler für leistungsstarke elektrische Heizgeräte (TEN) verwendet.

Kapazitive, ohmsche Induktionsschaltungen können als Last wirken, die durch Halbleiterrelais geschaltet wird. Durch das Design der Schalter können Sie beispielsweise Heizelemente, Glühlampen und Elektromotoren reibungslos und ohne unnötige Geräusche steuern.

Die Zuverlässigkeit ist ausreichend hoch. In vielerlei Hinsicht hängt die Stabilität und Haltbarkeit von Halbleiterrelais von der Qualität der Produktion ab. Geräte, die unter einer bestimmten Marke von Impuls hergestellt werden, sind daher häufig mit einer kurzen Lebensdauer gekennzeichnet.

Andererseits lassen die Produkte von Schneider Electric keinen Raum für Kritik.

Wie mache ich eine TTR mit eigenen Händen?

Aufgrund des Konstruktionsmerkmals des Geräts (Monolith) wird die Schaltung nicht wie üblich auf einer Textolithplatte montiert, sondern auf einer Wandinstallation.

So sieht das selbstgemachte Halbleiterrelais-Design aus. So etwas ist einfach. Es werden nur die Grundkenntnisse eines Elektronikingenieurs und eines Elektrikers benötigt. Die Materialkosten sind gering

In dieser Richtung gibt es viele Schaltungslösungen. Die spezifische Option hängt von der erforderlichen Schaltleistung und anderen Parametern ab.

Elektronische Komponenten für die Schaltungsmontage

Die Liste der Elemente einer einfachen Schaltung für die praktische Entwicklung und den Aufbau eines Halbleiterrelais mit eigenen Händen lautet wie folgt:

1. Optokoppler Typ MOS3083.
2. Triac Typ VT139-800.
3. Transistor der Serie KT209.
4. Widerstände, Zenerdiode, LED.

Alle diese elektronischen Komponenten werden durch Oberflächenmontage gemäß folgendem Diagramm verlötet:

Schematische Darstellung eines Halbleiterrelais mit geringer Leistung für die DIY-Montage. Eine kleine Anzahl von Teilen und eine einfache Scharnierinstallation ermöglichen ein problemloses Löten der Schaltung

Aufgrund der Verwendung des Optokopplers MOS3083 in der Steuersignalerzeugungsschaltung kann die Eingangsspannung von 5 bis 24 Volt variieren.

Und aufgrund der Kette, die aus einer Zenerdiode und einem Begrenzungswiderstand besteht, wird der durch die Steuer-LED fließende Strom auf ein Minimum reduziert. Diese Lösung bietet eine lange Lebensdauer der Steuer-LED.

Überprüfen der zusammengebauten Schaltung auf Funktionsfähigkeit

Die zusammengebaute Schaltung muss auf Funktionsfähigkeit überprüft werden. Es ist nicht erforderlich, eine Lastspannung von 220 Volt über einen Triac an den Schaltkreis anzuschließen. Es reicht aus, ein Messgerät anzuschließen - einen Tester parallel zur Schaltleitung des Triac.

Überprüfen der Leistung eines Halbleiterrelais mit einem Messgerät. Wenn am Eingang des Geräts eine Steuerspannung angelegt wird, muss der Triac-Übergang offen sein

Der Messmodus des Testers muss auf "mOhm" eingestellt sein und die Steuerspannungserzeugungsschaltung mit Strom (5-24 V) versorgen. Wenn alles richtig funktioniert, sollte der Tester den Widerstandsunterschied von "mOhm" bis "kOhm" anzeigen.

Monolithisches Gehäuse

Unter der Basis des zukünftigen Halbleiterrelaisgehäuses wird eine 3-5 mm dicke Aluminiumplatte benötigt. Die Abmessungen der Platte sind nicht kritisch, müssen jedoch die Bedingungen für eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Triac erfüllen, wenn dieses elektronische Element erwärmt wird.

Rahmen zum Gießen des Gehäuses des zukünftigen Geräts. Hergestellt aus Pappstreifen oder anderen geeigneten Materialien. Es wird mit Universalkleber auf einem Aluminiumsubstrat befestigt.

Die Oberfläche der Aluminiumplatte sollte flach sein. Zusätzlich ist es notwendig, beide Seiten zu verarbeiten - mit einem feinen Schleifpapier abziehen, polieren.

In der nächsten Phase wird die vorbereitete Platte mit einer „Schalung“ ausgestattet - ein Rand aus Pappe oder Kunststoff wird um den Umfang geklebt. Es sollte eine Art Schachtel sein, die anschließend mit Epoxidharz gefüllt wird.

In der erstellten Box befindet sich eine elektronische Schaltung eines Halbleiterrelais, das von einem "Baldachin" zusammengebaut wird. Auf die Oberfläche der Aluminiumplatte wird nur ein Triac gelegt.

Befestigung des Triacs auf einem Aluminiumsubstrat. Die Hauptbedingung ist, dass diese elektronische Komponente fest auf die Metallbasis gedrückt werden muss. Nur so kann eine qualitativ hochwertige Wärmeableitung und ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden.

Keine anderen Schaltungsteile oder Leiter dürfen das Aluminiumsubstrat berühren. Der Triac wird von dem Körperteil auf Aluminium aufgebracht, der für die Installation an einem Kühler vorgesehen ist.

Sie sollten eine wärmeleitende Paste auf der Kontaktfläche des Triac-Körpers und des Aluminiumsubstrats verwenden. Einige Marken von Triacs mit einer nicht isolierten Anode müssen durch ein Glimmerkissen gelegt werden.

Die Möglichkeit, den Triac mit Nieten am Untergrund zu befestigen. Auf der Rückseite flacht der Niet bündig mit der Oberfläche des Substrats ab

Der Triac muss mit einem gewissen Gewicht fest auf die Basis gedrückt und mit Epoxidkleber um den Umfang gefüllt oder auf irgendeine Weise gesichert werden, ohne die Oberfläche der Rückseite des Substrats (z. B. Nieten) zu stören.

Vorbereitung der Verbindung und Füllung des Körpers

Für die Herstellung eines festen Körpers eines elektronischen Geräts wird eine zusammengesetzte Mischung benötigt. Die Zusammensetzung der Verbindungsmischung basiert auf zwei Komponenten:

1. Epoxidharz ohne Härter.
2. Alabasterpulver.

Dank der Zugabe von Alabaster löst der Master zwei Probleme gleichzeitig: Er erhält ein erschöpfendes Volumen der Füllstoffverbindung bei einem nominalen Verbrauch an Epoxidharz und erzeugt eine Füllung mit optimaler Konsistenz.

Die Mischung muss gründlich gemischt werden. Danach können Sie den Härter hinzufügen und erneut gründlich mischen. Montieren Sie anschließend die an der Wand montierte Installation vorsichtig mit der erstellten Verbindung im Karton.

So sieht eine fertige Instanz eines von Ihnen zusammengebauten Halbleiterrelais aus. Etwas ungewöhnlich und nicht sehr präsentabel, aber zuverlässig genug

Das Füllen erfolgt bis zur oberen Ebene, wobei nur ein Teil des Kopfes der Steuer-LED auf der Oberfläche verbleibt. Anfangs sieht die Oberfläche der Verbindung möglicherweise nicht vollständig glatt aus, aber nach einer Weile ändert sich das Bild. Es bleibt nur zu warten, bis sich der Gipsverband vollständig verfestigt hat.

In der Tat können Sie jede geeignete Gusslösung verwenden. Das Hauptkriterium ist, dass die Gusszusammensetzung nicht elektrisch leitend sein sollte und dass nach dem Erstarren ein guter Grad an Gusssteifigkeit gebildet werden sollte. Das geformte Gehäuse des Halbleiterrelais ist eine Art Schutz der elektronischen Schaltung vor versehentlichen physischen Schäden.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Dieses Video zeigt, wie und auf welcher Grundlage elektronische Komponenten ein Halbleiterrelais hergestellt werden können. Der Autor spricht klar über alle Details der Herstellungspraxis, die er persönlich bei der Herstellung des elektronischen Schalters kennengelernt hat:

Video über das Problem, auf das Sie möglicherweise stoßen, nachdem Sie eine einphasige TTR von Verkäufern aus China erworben haben. Führt unterwegs eine Art Überprüfung des Geräteschaltgeräts durch:

Die Selbstherstellung von Halbleiterrelais ist eine mögliche Lösung, jedoch in Bezug auf Produkte unter Niederspannungslast, die relativ wenig Strom verbrauchen.

Es ist schwierig, leistungsstärkere Hochspannungsgeräte mit eigenen Händen herzustellen. Und dieses finanzielle Unterfangen kostet den gleichen Betrag, wie die Fabrikkopie geschätzt wird. Bei Bedarf ist es also einfacher, ein fertiges Industriegerät zu kaufen.

Wenn Sie Fragen zum Zusammenbau eines Halbleiterrelais haben, stellen Sie diese bitte im Kommentarfeld. Wir werden versuchen, Ihnen eine äußerst klare Antwort zu geben. Dort können Sie die Erfahrungen mit selbst herstellenden Relais teilen oder wertvolle Informationen zum Thema des Artikels bereitstellen.