DIY Polovodičové relé: Montážne pokyny a tipy na pripojenie

Polovodičové relé (TTR) je zariadenie zo série elektronických komponentov nemechanického účinku. Nedostatok mechaniky otvára pre milovníkov elektroniky viac príležitostí na to, aby si z vlastných rúk vytvorili vlastné relé na osobné použitie.

Zvážte túto možnosť podrobnejšie.

Dizajn a princíp činnosti TTR

Ak väčšina takejto elektroniky tradične obsahuje pohyblivé časti kontaktných skupín, polovodičové relé takéto časti vôbec nemá. Prepínanie obvodu s obvodom zariadenia sa uskutočňuje podľa princípu elektronického kľúča. A úlohu elektronických kľúčov zvyčajne hrajú polovodiče zabudované do tela relé - výkonové tranzistory, triaky, tyristory.

Predtým, ako sa pokúsite vyrobiť polovodičové relé sami, je logické oboznámiť sa so základným dizajnom takýchto zariadení, aby ste pochopili princíp ich činnosti.

Polovodičové relé rôznych konfigurácií sa vyrábajú v priemysle a sú navrhnuté pre najrôznejšie podmienky praktického použitia. Široký výber úprav

V rámci dôkladnej štúdie zariadenia je potrebné okamžite zdôrazniť výhody TTR:

• prepínanie s vysokou záťažou;
• vysoká spínacia rýchlosť;
• dokonalá galvanická izolácia;
• schopnosť krátkodobo držať vysoké preťaženie.

Medzi mechanickými štruktúrami nie je možné nájsť relé s podobnými parametrami. Všeobecne sú výhody oproti mechanickým náprotivkom polovodičových relé vyjadrené pôsobivým zoznamom.

Dve elektronické zariadenia, ktoré funkčne zabezpečujú prepínanie obvodov: naľavo sa vyrába na princípe polovodičovej konštrukcie, na pravej strane je tradičný mechanický prepínací systém

Prevádzkové podmienky TTR prakticky neobmedzujú používanie týchto zariadení. Okrem toho neprítomnosť pohyblivých mechanických častí priaznivo ovplyvňuje životnosť zariadení.Preto existuje akýkoľvek dôvod na riešenie polovodičového relé - zostavenie zariadenia vlastnými rukami.

V spravodlivosti by sa však spolu s pozitívnymi aspektmi malo poznamenať, že vlastnosti relé, charakterizované ako nedostatky. Preto je pre prevádzku výkonných zariadení spravidla potrebná ďalšia súčasť štruktúry, ktorá je určená na odvádzanie tepla.

V prípade spínania výkonného zaťaženia sú polovodičové relé takmer vždy doplnené výkonnými chladiacimi telesami. Tento bod komplikuje použitie TTR.

Polovodičové reléové chladiče majú celkové rozmery niekoľkokrát väčšie ako rozmery TTR, čo znižuje pohodlie a racionálnosť inštalácie.

Zariadenia TTR počas prevádzky (v zatvorenom stave) poskytujú spätný zvodový prúd a vykazujú nelineárnu charakteristiku prúdu a napätia. Nie všetky polovodičové relé môžu byť použité bez obmedzenia charakteristík spínaného napätia.

Konštrukcia na použitie iba v obvodoch, v ktorých je energia napájaná jednosmerným prúdom. Zvyčajne sa tieto zariadenia vyznačujú malými rozmermi a nízkym spínacím výkonom

Niektoré typy zariadení sú navrhnuté tak, aby prepínali iba jednosmerný prúd. Zavedenie polovodičových relé v obvode zvyčajne vyžaduje ďalšie opatrenia zamerané na blokovanie falošných poplachov.

Polovodičové relé sa často vyskytujú bežne elektrický panel bytu.

Ako funguje polovodičové relé?

Riadiaci signál (zvyčajne nízke napätie, vychádzajúci napríklad z riadiacej jednotky) sa privádza do LED optoelektronického páru prítomného v obvode TTR. LED dióda začne vyžarovať svetlo smerom k fotodióde, ktorá sa zase otvára a začína prechádzať prúdom.

Všeobecná schéma TTR, ktorá jasne ukazuje, ako funguje elektronické zariadenie: 1 - zdroj riadiaceho napätia; 2 - optočlen vo vnútri krytu relé; 3 - zdroj záťažového prúdu; 4 - zaťaženie

Prúd prechádzajúci fotodiódou prichádza do regulačnej elektródy kľúčového tranzistora alebo tyristora. Kľúč sa otvorí, zatvorí obvod zaťaženia.

Takto funguje funkcia prepínania zariadení. Celá elektronika je tradične uzavretá v monolitickom prípade. V skutočnosti sa preto toto zariadenie nazývalo polovodičové relé.

A ako sa dá pripojiť polovodičové relé nájdete v tieto veci.

Polovodičové spínače

Celý existujúci rad zariadení je možné podmienečne rozdeliť do skupín podľa kategórie pripojeného zaťaženia, vlastností riadenia napätia a prepínania.

Takto sa zostavia celkom tri skupiny:

1. Zariadenia pracujúce v obvodoch jednosmerného prúdu.
2. Zariadenia pracujúce na striedavých obvodoch.
3. Univerzálne vzory.

Prvú skupinu tvoria prístroje s parametrami pracovných riadiacich napätí 3 - 32 V. Jedná sa o pomerne malú elektroniku vybavenú LED indikátormi, schopnú fungovať bez prerušenia pri teplotách -35 / +75 ºС.

Rozšírená konštrukcia elektronického zariadenia na použitie v jednofázovej elektrickej sieti. Nájdete aj ďalšie možnosti dizajnu, ale oveľa menej často.

Druhá skupina - zariadenia určené na inštaláciu v sieťach striedavého prúdu. Tu sú návrhy TTR pre inštaláciu do AC sietí, riadené napätím 24 - 250 voltov. Existujú zariadenia, ktoré sú schopné prepínať veľké energetické zaťaženie.

Treťou skupinou sú univerzálne zariadenia. Obvod tohto typu zariadenia podporuje ručné ladenie pre použitie za určitých podmienok.

Ak vezmeme do úvahy povahu pripojenej záťaže, mali by sme rozlišovať dva typy polovodičových relé v pevnom stave: jednofázové a trojfázové. Oba typy sú určené na spínanie dostatočne výkonného zaťaženia pri prúdoch 10 - 75 A.V tomto prípade môžu najvyššie krátkodobé súčasné hodnoty dosiahnuť 500 A.

Rozšírená verzia na použitie v trojfázovej elektrickej sieti. Často sa používa ako lineárny regulátor výkonných elektrických ohrievačov (TEN)

Kapacitné odporové indukčné obvody môžu pôsobiť ako záťaž spínaná polovodičovými relé. Konštrukcia spínačov umožňuje hladké ovládanie napríklad vykurovacích telies, žiaroviek, elektromotorov bez zbytočného hluku.

Spoľahlivosť je dostatočne vysoká. Ale v mnohých ohľadoch stabilita a trvanlivosť polovodičových relé závisí od kvality výroby. Zariadenia vyrobené pod určitou ochrannou známkou Impuls sú teda často označené krátkou životnosťou.

Na druhej strane, výrobky spoločnosti Schneider Electric neponechávajú žiadny priestor na kritiku.

Ako vyrobiť TTR vlastnými rukami?

Vzhľadom na konštrukčný znak zariadenia (monolit), obvod nie je zostavený na doske s textilom, ako je obvyklé, ale na nástennej inštalácii.

Takto vyzerá polovodičový dizajn relé. Je ľahké urobiť niečo také. Potrebné sú len základné zručnosti elektrotechnika a elektrotechnika. Materiálové náklady sú malé

V tomto smere existuje veľa riešení obvodov. Konkrétna možnosť závisí od požadovaného spínacieho výkonu a ďalších parametrov.

Elektronické komponenty pre montáž obvodov

Zoznam prvkov jednoduchého obvodu pre praktický vývoj a konštrukciu polovodičového relé vlastnými rukami je nasledujúci:

1. Optočlen typ MOS3083.
2. Triakový typ VT139-800.
3. Tranzistor série KT209.
4. Odpory, Zenerova dióda, LED.

Všetky tieto elektronické komponenty sa spájkujú povrchovou montážou podľa nasledujúcej schémy:

Schematický diagram polovodičového relé s nízkym výkonom pre montáž domácich majstrov. Malý počet častí a jednoduchá inštalácia s výklopnou časťou umožňujú bez problémov spájkovanie obvodu

V dôsledku použitia optočlenu MOS3083 v obvode generovania riadiaceho signálu sa môže vstupné napätie meniť od 5 do 24 voltov.

A vďaka reťazcu skladajúcemu sa zenerovej diódy a obmedzovacieho odporu je prúd prechádzajúci kontrolnou LED diódou redukovaný na minimum. Toto riešenie poskytuje dlhú životnosť kontrolnej LED.

Kontrola funkčnosti montovaného obvodu

Funkčnosť zostaveného obvodu sa musí skontrolovať. Nie je potrebné pripájať záťažové napätie 220 voltov na spínací obvod cez triak. Stačí pripojiť meracie zariadenie - tester paralelne so spínacou linkou triaka.

Kontrola výkonu polovodičového relé pomocou meracieho zariadenia. Ak je na vstup zariadenia privedené riadiace napätie, musí byť triakový prechod otvorený

Režim merania testera musí byť nastavený na "mOhm" a musí privádzať energiu (5-24 V) do obvodu generovania riadiaceho napätia. Ak všetko funguje správne, mal by tester preukázať rozdiel v odpore od „mOhm“ do „kOhm“.

Monolitické bývanie

Pod základňou budúceho polovodičového reléového puzdra bude potrebná hliníková platňa s hrúbkou 3 - 5 mm. Rozmery platne nie sú kritické, ale musia spĺňať podmienky na efektívne odvádzanie tepla z triaka pri zahrievaní tohto elektronického prvku.

Rám na nalievanie puzdra budúceho zariadenia. Vyrobené z lepenky alebo iného vhodného materiálu. Pripevňuje sa na hliníkový podklad univerzálnym lepidlom.

Povrch hliníkovej platne by mal byť rovný. Ďalej je potrebné spracovať obe strany - olúpať jemným brúsnym papierom, vyleštiť.

V ďalšej fáze je pripravená doska vybavená „debnením“ - po obvode je zlepená hranica z lepenky alebo plastu. Mal by to byť druh škatule, ktorá bude následne vyplnená epoxidom.

Vo vytvorenom boxe je umiestnený elektronický obvod polovodičového relé zostavený pomocou „vrchlíka“. Na povrch hliníkovej platne je položený iba triak.

Upevnenie triaku na hliníkový substrát. Hlavnou podmienkou je, že táto elektronická súčasť musí byť pevne pritlačená k kovovej základni. Toto je jediný spôsob, ako zabezpečiť vysoko kvalitný odvod tepla a spoľahlivú prevádzku.

Hliníkový substrát sa nesmie dotýkať iných častí ani vodičov. Triak sa aplikuje na hliník tou časťou tela, ktorá je určená na inštaláciu na radiátor.

Mali by ste použiť tepelne vodivú pastu na kontaktnú plochu tela triaka a hliníkového substrátu. Niektoré značky triakov s neizolovanou anódou musia byť umiestnené cez sľudovú podložku.

Možnosť pripevnenia triaku k podkladu pomocou nitov. Na opačnej strane sa nit vyrovná s povrchom substrátu

Triak musí byť pevne pritlačený k podkladu nejakým druhom závažia a vyplnený epoxidovým lepidlom po obvode alebo nejakým spôsobom zaistený bez narušenia povrchu zadnej strany substrátu (napríklad nity).

Príprava zmesi a plnenie tela

Na výrobu pevného telesa elektronického zariadenia sa bude vyžadovať zložená zmes. Zloženie zmesi zlúčenín je založené na dvoch zložkách:

1. Epoxidová živica bez tvrdidla.
2. Alabastrový prášok.

Vďaka pridaniu alabastru Master rieši dva problémy naraz - pri menovitej spotrebe epoxidovej živice dostáva vyčerpávajúci objem plniva a vytvára výplň optimálnej konzistencie.

Zmes sa musí dôkladne premiešať, potom môžete pridať tvrdidlo a dôkladne premiešať. Potom opatrne namontujte inštaláciu na stenu do kartónovej škatule s vytvorenou zmesou.

Takto vyzerá hotová inštancia polovodičového relé zostaveného vami. Trochu nezvyčajné a málo prezentovateľné, ale dostatočne spoľahlivé

Dopĺňanie sa vykonáva do hornej úrovne, pričom na povrchu zostáva iba časť hlavy kontrolnej LED. Povrch zlúčeniny nemusí spočiatku vyzerať úplne hladko, ale po chvíli sa obraz zmení. Zostáva iba čakať, kým sa obsadenie úplne nestuhne.

V skutočnosti môžete použiť akékoľvek vhodné riešenia odlievania. Hlavným kritériom je, že odlievacia kompozícia by nemala byť elektricky vodivá a po stuhnutí by sa mala vytvoriť dobrá tuhosť odliatku. Tvarovaný kryt polovodičového relé je druh ochrany elektronického obvodu pred náhodným fyzickým poškodením.

Závery a užitočné video na túto tému

Toto video ukazuje, ako a na základe ktorých elektronických komponentov je možné vyrobiť polovodičové relé. Autor prehľadne hovorí o všetkých podrobnostiach výrobnej praxe, s ktorými sa osobne stretol pri výrobe elektronického prepínača:

Video o probléme, s ktorým sa môžete stretnúť po získaní jednofázového TTR od predajcov z Číny. Popri tom vykonáva druhú kontrolu zariadenia na prepínanie zariadení:

Samostatná výroba polovodičových relé je možným riešením, ale pokiaľ ide o výrobky pri nízkonapäťovom zaťažení, vyžaduje pomerne nízku energiu.

Je ťažké vyrobiť silnejšie a vysokonapäťové zariadenia vlastnými rukami. A táto finančná spoločnosť bude stáť rovnakú sumu, ako sa odhaduje výrobná kópia. Takže v prípade potreby je ľahšie kúpiť hotové priemyselné zariadenie.

Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa zostavenia polovodičového relé, opýtajte sa ich na pole s komentármi a my sa vám pokúsime dať veľmi jasnú odpoveď. Tam sa môžete podeliť o skúsenosti s výrobou relé alebo poskytnúť cenné informácie k téme článku.