Félvezető relék - típusok, eszközök és működési elv
Sok olvasó a "relé" szó hallatán minden bizonnyal elképzel egy tekercset, amelynek magjában egy mozgó érintkezőt vonz. És ez egyáltalán nem meglepő, mert eredetileg a relék mindig elektromágnesesek voltak, és a "relé" szó alatt általában egy elektromos áramkör nyitására és zárására szolgáló elektromágneses eszközt értünk.
Ennek ellenére hosszú ideig félvezető kapcsolókat használnak elektromos áramkörök kapcsolására a technológia különböző területein: tranzisztorok, tirisztorok, triacok. A félvezető fejlesztéseket és a reléket sem kímélték.
Annak ellenére, hogy a nagy áramerősségű és feszültségű áramköröket hagyományosan elektromágneses relék segítségével kapcsolják, ma már lehetséges a stabil és erős félvezető elektromos kapcsolók megvalósítása. Ilyen kapcsolók a félvezető relék ill szilárdtest relék (az angol Solid-state relay szóból, rövidítve SSR).
Így a félvezető relé ma már egy teljesen elektronikus eszköz, mozgatható mechanikus érintkező nélkül, amely az erős terhelések be- és kikapcsolására szolgál az áramkörökben azáltal, hogy alacsony vezérlőfeszültséget szolgáltat az elektronikus eszköz vezérlőbemenetére.
A szilárdtest (szilárdtest) reléház belsejében van egy érzékelő áramkör, amely reagál a vezérlőjelre, valamint egy tápegység rész – félvezető elektronika a nagy teljesítményű áramkör oldalán.
Az ilyen relék DC és AC áramkörökben használatosak, ahol ugyanazokat a funkciókat látják el, mint a korábbi mechanikus elektromágneses relék és kontaktorok, csak most a probléma megoldódott anélkül, hogy a kapcsolóáramkörben mozgó alkatrészek találhatók. Ennek eredményeként a reléházakba integrált erős tirisztoroknak, triacoknak és tranzisztoroknak köszönhetően lehetővé vált akár több száz amperes áramok kapcsolása mechanikus alkatrészek igénybevétele nélkül.
Az elektromechanikus relékhez képest a szilárdtestrelék nagyobb, több száz mikroszekundum nagyságrendű biztonságos kapcsolási sebességgel rendelkeznek, míg a vezérlőáramkör és a tápáramkör teljesen galvanikusan el van választva egymástól (általában optoelem-leválasztást alkalmaznak).
A félvezető relék rövid ideig képesek ellenállni a kapcsolóoldali túlterhelésnek és üzemben maradni, amivel az elektromechanikus ősök nem büszkélkedhetnek. Ugyanakkor a szilárdtest relé csendesen működik, kompakt méretekkel rendelkezik, az érintkezők itt nem oxidálódnak (mivel nincsenek érintkezők), nincs szikra, a készülék nem fél sem a portól, sem a vibrációtól.
Természetesen a relé félvezető keverékének ellenállása vezető állapotban nem lineáris, és nagy kapcsolt áramok esetén egyáltalán hűtésre van szüksége a készüléknek, de a pluszok egyértelműen átfedik ezeket a hagyományos mínuszokat. Ezenkívül a szilárdtestrelék élettartamát milliónyi kapcsolási ciklusban mérik.
A félvezető relék egyfázisúak vagy háromfázisúak, DC vagy AC kapcsoláshoz. A váltakozó áramú kapcsolórelék beépített nulla-átlépés érzékelővel rendelkeznek, így a kapcsolás gyakorlatilag nulla áramerősséggel, a szilárdtest-kapcsoló károsodása nélkül, induktív terhelések okozta veszélyes áramlökések nélkül történik.
A tirisztorok vagy triacok kapcsolóként szolgálnak egy váltóáramú relében, és a mező ill IGBT tranzisztorok… A vezérlőáramkört közvetlenül a vezérlőjelforrás táplálja, és a vezérlőáram nem haladja meg a néhány milliampert, a kapcsolási áram pedig több tíz vagy száz amper is lehet.
Nem irányváltó és irányváltó háromfázisú szilárdtest relék állnak rendelkezésre. A háromfázisú irányváltó relék két vezérlőbemenettel rendelkeznek, és a kimeneten az egyik fázis egyáltalán nem változtatja a helyzetét.
A terjedelmes mechanikus mágneses indítókhoz képest a kompakt félvezető relék csendesen működnek és nem kopnak, nem kell időszakosan tisztítani az érintkezőket, és erős terhelés esetén elegendő a reléházat jó hűtéssel ellátni, bizonyos esetekben a radiátor kivéve a telepítést.
Ami a poros és robbanásveszélyes ipari gyártást illeti, itt a szilárdtest relé igazi megmentőnek bizonyul, mivel a mechanikus érintkezők íve a hiánya miatt kizárt, és a relé tömített háza nem teszi lehetővé az elektronika szennyeződését. .
A NYÁK-ra szerelhető miniatűr szilárdtest relék műanyag házban kaphatók. Az ilyen relék 220-240 voltos hálózati feszültség mellett akár 2 amperes áramot is képesek kapcsolni, például egy ventilátor vagy szivattyú, egy lámpa vagy akár egy kis radiátor is bekapcsolható egy érzékelő 5 voltos digitális jelével, ami általában nagyon fontos a barkácsolás szerelmesei számára az otthoni automatizálási rendszerek számára.