Relè allo stato solido fai da te: istruzioni di montaggio e consigli di collegamento
Un relè a stato solido (SSR) è un dispositivo formato da una serie di componenti elettronici non meccanici.L'assenza di meccanica offre maggiori opportunità agli appassionati di elettronica di realizzare un relè a stato solido con le proprie mani per uso personale.
Consideriamo questa possibilità in modo più dettagliato.
Il contenuto dell'articolo:
Progettazione e principio di funzionamento del TTR
Mentre la maggior parte di questi componenti elettronici contiene tradizionalmente parti mobili di gruppi di contatti, un relè a stato solido non ha affatto tali parti. La commutazione del circuito da parte del circuito del dispositivo viene eseguita secondo il principio di una chiave elettronica. E il ruolo delle chiavi elettroniche è solitamente svolto dai semiconduttori integrati nel corpo del relè: transistor di potenza, triac, tiristori.
Prima di provare a realizzare da soli un relè a stato solido, è logico familiarizzare con il design di base di tali dispositivi e comprendere il principio del loro funzionamento.
Nell'ambito di uno studio approfondito del dispositivo, è opportuno evidenziare immediatamente gli aspetti vantaggiosi del TTP:
- commutazione di carico potente;
- alta velocità di commutazione;
- isolamento galvanico ideale;
- capacità di sostenere elevati sovraccarichi per un breve periodo.
Tra le strutture meccaniche non è davvero possibile trovare un relè con parametri simili. In generale, i vantaggi dei relè a stato solido rispetto alle loro controparti meccaniche sono espressi in un elenco impressionante.
Le condizioni operative per TSR praticamente non limitano l'uso di questi dispositivi. Inoltre l'assenza di parti meccaniche in movimento ha un effetto benefico sulla durata degli apparecchi. Quindi ci sono tutte le ragioni per iniziare a lavorare su un relè a stato solido: assemblare il dispositivo da soli.
Tuttavia, in tutta onestà, insieme agli aspetti positivi, vale la pena notare le proprietà del relè, che sono caratterizzate come svantaggi. Pertanto, per il funzionamento di dispositivi potenti, di norma, è richiesto un componente di progettazione aggiuntivo, progettato per rimuovere il calore.
I radiatori di raffreddamento per relè a stato solido hanno dimensioni complessive molte volte maggiori delle dimensioni dei relè a stato solido, il che riduce la comodità e la razionalità dell'installazione.
I dispositivi TSR durante il funzionamento (nello stato chiuso) forniscono una corrente di dispersione inversa e mostrano una caratteristica corrente-tensione non lineare. Non tutti i relè a stato solido possono essere utilizzati senza limitazioni nelle caratteristiche delle tensioni commutate.
Alcuni tipi di dispositivi sono progettati per commutare solo corrente continua. L'introduzione di relè a stato solido in un circuito richiede solitamente misure aggiuntive volte a bloccare i falsi allarmi.
I relè a stato solido si trovano spesso in generale quadro elettrico dell'appartamento.
Come funziona un relè a stato solido?
Il segnale di controllo (solitamente una tensione a basso livello proveniente, ad esempio, da un controller di controllo) viene fornito al LED della coppia optoelettronica presente nel circuito SSR. Il LED inizia ad emettere luce verso il fotodiodo, che a sua volta si apre e inizia a far passare corrente.
La corrente che passa attraverso il fotodiodo arriva all'elettrodo di controllo del transistor chiave o del tiristore. La chiave apre e chiude il circuito di carico.
Ecco come funziona la funzione di commutazione del dispositivo. Tutta l'elettronica è tradizionalmente racchiusa in un alloggiamento monolitico. In realtà, è per questo che il dispositivo è stato chiamato relè a stato solido.
Puoi leggere come collegare un relè a stato solido in questo materiale.
Tipi di interruttori a stato solido
L'intera gamma esistente di dispositivi può essere suddivisa in gruppi in base alla categoria del carico collegato, alle caratteristiche di controllo della tensione e di commutazione.
In totale ci saranno quindi tre gruppi:
- Dispositivi funzionanti in circuiti DC.
- Dispositivi funzionanti in circuiti a corrente alternata.
- Disegni universali.
Il primo gruppo è rappresentato da dispositivi con parametri di tensione di controllo operativo di 3 – 32 volt. Si tratta di componenti elettronici di dimensioni relativamente ridotte, dotati di indicazione LED, in grado di funzionare senza interruzioni a temperature di -35 / +75 ºС.
Il secondo gruppo comprende dispositivi destinati all'installazione in reti a tensione alternata. Ecco i progetti di TSR per l'installazione in reti CA, controllate da una tensione di 24-250 volt. Esistono dispositivi in grado di commutare carichi ad alta potenza.
Il terzo gruppo è costituito da dispositivi per uso universale. Il circuito di questo tipo di dispositivo supporta la configurazione manuale per l'uso in determinate condizioni.
In base alla natura del carico collegato, è necessario distinguere due tipi di relè a stato solido AC: monofase e trifase. Entrambi i tipi sono progettati per la commutazione di carichi abbastanza potenti con correnti comprese tra 10 e 75 A. In questo caso, i valori di corrente di picco a breve termine possono raggiungere 500 A.
Il carico commutato dai relè a stato solido può essere costituito da circuiti capacitivi, resistivi o induttivi. Il design degli interruttori consente un controllo fluido, ad esempio, di elementi riscaldanti, lampade a incandescenza e motori elettrici senza rumori inutili.
L'affidabilità del funzionamento è piuttosto elevata. Ma in molti modi, la stabilità e la durata dei relè a stato solido dipendono dalla qualità della fabbricazione del prodotto. Pertanto, i dispositivi prodotti con un determinato marchio "Impuls" sono spesso noti per la loro breve durata.
D'altro canto i prodotti Schneider Electric non lasciano spazio a critiche.
Come creare un TTP con le tue mani?
Considerando la caratteristica costruttiva del dispositivo (monolite), il circuito non è assemblato su una scheda textolite, come è consuetudine, ma mediante montaggio superficiale.
Molte sono le soluzioni circuitali che si possono trovare in questa direzione. L'opzione specifica dipende dalla potenza di commutazione richiesta e da altri parametri.
Componenti elettronici per l'assemblaggio di circuiti
L'elenco degli elementi di un semplice circuito per lo sviluppo pratico e la costruzione di un relè a stato solido con le proprie mani è il seguente:
- Optoaccoppiatore tipo MOS3083.
- Triac tipo VT139-800.
- Serie di transistor KT209.
- Resistori, diodo zener, LED.
Tutti i componenti elettronici specificati sono saldati mediante montaggio superficiale secondo il seguente schema:
Grazie all'utilizzo del fotoaccoppiatore MOS3083 nel circuito di generazione del segnale di controllo, la tensione di ingresso può variare da 5 a 24 volt.
E grazie alla catena composta da un diodo zener e un resistore limitatore, la corrente che passa attraverso il LED di controllo viene ridotta al minimo. Questa soluzione garantisce una lunga durata del LED di controllo.
Controllo della funzionalità del circuito assemblato
È necessario verificare la funzionalità del circuito assemblato. In questo caso non è necessario collegare una tensione di carico di 220 volt al circuito di commutazione tramite un triac. E' sufficiente collegare un dispositivo di misura – tester – in parallelo alla linea di commutazione del triac.
La modalità di misurazione del tester deve essere impostata su “mOhm” e l'alimentazione (5-24 V) deve essere fornita al circuito di generazione della tensione di controllo. Se tutto funziona correttamente, il tester dovrebbe mostrare una differenza di resistenza da "mOhm" a "kOhm".
Costruzione di un corpo monolitico
Sotto la base dell'alloggiamento del futuro relè a stato solido sarà necessaria una piastra di alluminio di 3-5 mm di spessore. Le dimensioni della piastra non sono critiche, ma devono corrispondere alle condizioni per un'efficace rimozione del calore dal triac durante il riscaldamento di questo elemento elettronico.
La superficie della piastra in alluminio deve essere piana. Inoltre, entrambi i lati devono essere lavorati: puliti con carta vetrata fine e lucidati.
Nella fase successiva, la piastra preparata è dotata di una "cassaforma": un bordo di cartone spesso o plastica viene incollato attorno al perimetro. Dovresti procurarti una specie di scatola, che verrà successivamente riempita con resina epossidica.
All'interno della scatola creata è posizionato un circuito di relè elettronico a stato solido assemblato con un “tettorino”. Solo il triac è posizionato sulla superficie della piastra in alluminio.
Nessun'altra parte del circuito o conduttore deve toccare il substrato di alluminio. Il triac è fissato all'alluminio con quella parte dell'alloggiamento progettata per l'installazione su un radiatore.
È necessario utilizzare pasta termoconduttiva sull'area di contatto del corpo del triac e del substrato di alluminio. Alcune marche di triac con anodo non isolato devono essere installate tramite una guarnizione in mica.
Il triac deve essere premuto saldamente alla base con una sorta di peso e riempito con colla epossidica attorno al perimetro o fissato in qualche modo senza disturbare la superficie liscia del lato posteriore del substrato (ad esempio con un rivetto).
Preparare il composto e versare il corpo
Per realizzare il corpo solido di un dispositivo elettronico sarà necessario realizzare una miscela composta. La composizione della miscela composta è fatta sulla base di due componenti:
- Resina epossidica senza indurente.
- Polvere di alabastro.
Grazie all'aggiunta di alabastro, il maestro risolve due problemi contemporaneamente: ottiene un volume completo del composto di colata al consumo nominale di resina epossidica e crea un riempimento di consistenza ottimale.
La miscela deve essere accuratamente miscelata, dopodiché è possibile aggiungere l'indurente e mescolare nuovamente accuratamente. Successivamente, l'installazione “incernierata” all'interno della scatola di cartone viene accuratamente riempita con il composto creato.
Il riempimento avviene fino al livello più alto, lasciando in superficie solo una parte della testina LED di controllo. Inizialmente la superficie del composto potrebbe non apparire del tutto liscia, ma dopo qualche tempo l'immagine cambierà. Non resta che attendere che il getto si indurisca completamente.
Infatti è possibile utilizzare qualsiasi soluzione adatta alla fusione.Il criterio principale è che la composizione di colata non deve essere elettricamente conduttiva, inoltre dopo la solidificazione si deve formare un buon grado di rigidità della colata. L'alloggiamento del relè a stato solido in fusione costituisce una sorta di protezione del circuito elettronico da danni fisici accidentali.
Conclusioni e video utile sull'argomento
In questo video viene mostrato come e in base a quali componenti elettronici è possibile realizzare un relè a stato solido. L'autore parla chiaramente di tutti i dettagli delle pratiche costruttive che ha riscontrato personalmente durante la produzione di un interruttore elettronico:
Video su un problema che potresti riscontrare dopo aver acquistato un SSR monofase da venditori cinesi. Lungo il percorso, conduce una sorta di revisione del design del dispositivo di commutazione:
L'autoproduzione di relè a stato solido è una soluzione del tutto possibile, ma in relazione a prodotti per carichi a bassa tensione che consumano energia relativamente bassa.
È difficile realizzare dispositivi più potenti e ad alta tensione con le proprie mani. E questa impresa finanziaria costerà lo stesso importo a cui viene valutata la copia di fabbrica. Quindi, se necessario, è più semplice acquistare un dispositivo industriale già pronto.
Se hai domande sull'assemblaggio di un relè a stato solido, chiedile nella sezione commenti e cercheremo di dare loro una risposta molto chiara. Lì puoi condividere la tua esperienza nella creazione di relè da solo o fornire preziose informazioni sull'argomento dell'articolo.
