Polprevodniški rele naredi sam: navodila za montažo in nasveti za povezavo

Polprevodniški rele (SSR) je naprava iz serije nemehanskih elektronskih komponent.Odsotnost mehanike odpira več možnosti za ljubitelje elektronike, da naredijo polprevodniški rele z lastnimi rokami za osebno uporabo.

Oglejmo si to možnost podrobneje.

Zasnova in princip delovanja TTR

Medtem ko večina takšne elektronike tradicionalno vsebuje gibljive dele kontaktnih skupin, polprevodniški rele sploh nima takih delov. Preklop tokokroga z vezjem naprave se izvaja po principu elektronskega ključa. In vlogo elektronskih ključev običajno igrajo polprevodniki, vgrajeni v telo releja - močnostni tranzistorji, triaki, tiristorji.

Preden poskusite sami izdelati polprevodniški rele, je logično, da se seznanite z osnovno zasnovo takšnih naprav in razumete načelo njihovega delovanja.

Industrijska proizvodnja proizvaja polprevodniške releje različnih konfiguracij, zasnovane za različne praktične pogoje. Izbira modifikacij je obsežna

Kot del temeljite študije naprave je treba takoj poudariti prednosti TTP:

• preklop močne obremenitve;
• visoka hitrost preklopa;
• idealna galvanska izolacija;
• sposobnost zadrževanja velikih preobremenitev za kratek čas.

Med mehanskimi strukturami res ni mogoče najti releja s podobnimi parametri. Na splošno so prednosti polprevodniških relejev glede na njihove mehanske primerke izražene v impresivnem seznamu.

Dve elektronski napravi, ki funkcionalno zagotavljata preklapljanje tokokrogov: na levi temelji na polprevodniški zasnovi, na desni je tradicionalni mehanski preklopni sistem

Pogoji delovanja TSR praktično ne omejujejo uporabe teh naprav. Poleg tega odsotnost gibljivih mehanskih delov ugodno vpliva na življenjsko dobo naprav. Torej obstajajo vsi razlogi, da začnete delati na polprevodniškem releju - da sami sestavite napravo.

Vendar pa je pošteno, poleg pozitivnih vidikov, vredno omeniti lastnosti releja, ki so označene kot pomanjkljivosti. Tako je za delovanje močnih naprav praviloma potrebna dodatna konstrukcijska komponenta, ki je zasnovana za odvajanje toplote.

V primeru preklopa močne obremenitve so polprevodniški releji skoraj vedno dopolnjeni z močnimi hladilnimi radiatorji. Ta točka nekoliko oteži uporabo TTP

Hladilni radiatorji za polprevodniške releje imajo skupne dimenzije večkrat večje od dimenzij polprevodniških relejev, kar zmanjšuje udobje in racionalnost namestitve.

Naprave TSR med delovanjem (v zaprtem stanju) dajejo povratni tok uhajanja in kažejo nelinearno tokovno-napetostno karakteristiko. Vseh polprevodniških relejev ni mogoče uporabiti brez omejitev v značilnostih preklopnih napetosti.

Zasnova za uporabo samo v tokokrogih, ki jih napaja enosmerni tok. Običajno se te naprave odlikujejo po majhnih dimenzijah in nizki preklopni moči.

Nekatere vrste naprav so zasnovane tako, da preklapljajo samo z enosmernim tokom. Uvedba polprevodniških relejev v vezje običajno zahteva dodatne ukrepe za blokiranje lažnih alarmov.

Polprevodniške releje lahko pogosto najdemo na splošno električna plošča stanovanja.

Kako deluje polprevodniški rele?

Krmilni signal (običajno nizka napetost, ki prihaja na primer iz krmilnika) se dovaja na LED optoelektronskega para, ki je prisoten v vezju SSR. LED začne oddajati svetlobo proti fotodiodi, ta pa se odpre in začne prepuščati tok.

Posplošen diagram SSR, ki jasno prikazuje delovanje elektronske naprave: 1 – vir krmilne napetosti; 2 – optični sklopnik v ohišju releja; 3 – tokovni vir bremena; 4 - obremenitev

Tok, ki poteka skozi fotodiodo, pride do krmilne elektrode ključnega tranzistorja ali tiristorja. Ključ odpira in zapira tokokrog bremena.

Tako deluje preklopna funkcija naprave. Vsa elektronika je tradicionalno zaprta v monolitnem ohišju. Pravzaprav je bila naprava zato imenovana polprevodniški rele.

O tem, kako priključiti polprevodniški rele, lahko preberete v ta material.

Vrste polprevodniških stikal

Celotno obstoječo paleto naprav lahko razdelimo v skupine glede na kategorijo priključnega tovora, lastnosti nadzora napetosti in preklopa.

Tako bodo skupaj tri skupine:

1. Naprave, ki delujejo v enosmernih tokokrogih.
2. Naprave, ki delujejo v tokokrogih izmeničnega toka.
3. Univerzalni modeli.

Prvo skupino predstavljajo naprave s parametri delovne krmilne napetosti 3 – 32 voltov. To je razmeroma majhna elektronika, opremljena z LED indikacijo, ki lahko deluje brez prekinitev pri temperaturah -35 / +75 ºС.

Široko uporabljena zasnova elektronske naprave za uporabo v enofaznem električnem omrežju.Obstajajo tudi druge možnosti oblikovanja, vendar veliko manj pogosto.

Druga skupina so naprave, namenjene vgradnji v omrežja izmenične napetosti. Tukaj so modeli TSR za vgradnjo v omrežja AC, ki jih krmili napetost 24 - 250 voltov. Obstajajo naprave, ki lahko preklapljajo obremenitve velike moči.

Tretja skupina so naprave za univerzalno uporabo. Vezje te vrste naprave podpira ročno konfiguracijo za uporabo v določenih pogojih.

Glede na naravo priključene obremenitve je treba razlikovati dve vrsti polprevodniških relejev AC: enofazni in trifazni. Obe vrsti sta zasnovani za preklapljanje precej močnih obremenitev pri tokovih 10 - 75 A. V tem primeru lahko največje vrednosti kratkotrajnega toka dosežejo 500 A.

Široko uporabljena različica za uporabo v trifaznem električnem omrežju. Pogosto se uporablja kot linearni regulator močnih električnih grelnikov (TEH)

Obremenitev, ki jo preklapljajo polprevodniški releji, je lahko kapacitivna, uporovna ali induktivna vezja. Zasnove stikal omogočajo nemoteno krmiljenje na primer grelnih elementov, žarnic z žarilno nitko in elektromotorjev brez nepotrebnega hrupa.

Zanesljivost delovanja je precej visoka. Toda v mnogih pogledih sta stabilnost in vzdržljivost polprevodniških relejev odvisna od kakovosti izdelave izdelka. Tako so naprave, proizvedene pod določeno blagovno znamko "Impuls", pogosto znane po kratki življenjski dobi.

Po drugi strani pa izdelki Schneider Electric ne dopuščajo kritik.

Kako narediti TTP z lastnimi rokami?

Glede na oblikovno značilnost naprave (monolit) je vezje sestavljeno ne na tekstolitni plošči, kot je običajno, temveč s površinsko montažo.

Takole izgleda doma narejen polprevodniški rele. Kaj takega ni težko narediti. Vse kar potrebujete je osnovno znanje elektronike in električarja. Stroški materiala so majhni

Obstaja veliko rešitev vezja v tej smeri, ki jih je mogoče najti. Posebna možnost je odvisna od zahtevane preklopne moči in drugih parametrov.

Elektronske komponente za sestavljanje vezij

Seznam elementov preprostega vezja za praktičen razvoj in izdelavo polprevodniškega releja z lastnimi rokami je naslednji:

1. Optocoupler tipa MOS3083.
2. Triak tipa VT139-800.
3. Tranzistor serije KT209.
4. Upori, zener diode, LED.

Vse navedene elektronske komponente so spajkane s površinsko montažo v skladu z naslednjim diagramom:

Shematski diagram polprevodniškega releja majhne moči za montažo DIY. Majhno število delov in preprosta namestitev na tečajih vam omogočata brez težav spajkanje vezja

Zahvaljujoč uporabi optičnega sklopnika MOS3083 v vezju za generiranje krmilnega signala se lahko vhodna napetost spreminja od 5 do 24 voltov.

In zaradi verige, ki jo sestavljata zener dioda in omejevalni upor, se tok, ki teče skozi kontrolno LED, zmanjša na najmanjšo možno mero. Ta rešitev zagotavlja dolgo življenjsko dobo kontrolne LED.

Preverjanje funkcionalnosti sestavljenega vezja

Sestavljeno vezje je treba preveriti glede funkcionalnosti. V tem primeru ni treba priključiti bremenske napetosti 220 voltov na stikalno vezje prek triaka. Dovolj je, da vzporedno na komutacijsko linijo triaka priključimo merilno napravo – tester.

Preverjanje delovanja polprevodniškega releja z merilno napravo.Če je na vhodu naprave uporabljena krmilna napetost, mora biti spoj triaka odprt

Merilni način preizkuševalnika mora biti nastavljen na "mOhm" in napajanje (5–24 V) mora biti dovedeno v vezje za generiranje krmilne napetosti. Če vse deluje pravilno, mora tester pokazati razliko v uporu od "mOhm" do "kOhm".

Konstrukcija monolitnega telesa

Pod osnovo ohišja bodočega polprevodniškega releja boste potrebovali aluminijasto ploščo debeline 3-5 mm. Dimenzije plošče niso kritične, vendar morajo ustrezati pogojem za učinkovito odvajanje toplote od triaka pri segrevanju tega elektronskega elementa.

Okvir za vlivanje telesa bodoče naprave. Izdelan iz kartonskega traku ali drugega primernega materiala. Pritrjen na aluminijasto podlago z univerzalnim lepilom

Površina aluminijaste plošče mora biti ravna. Poleg tega je treba obe strani obdelati - očistiti s finim brusnim papirjem in polirati.

Na naslednji stopnji je pripravljena plošča opremljena z "opažem" - po obodu je prilepljena obroba iz debelega kartona ali plastike. Dobiti bi morali nekakšno škatlo, ki jo kasneje napolnimo z epoksi smolo.

Znotraj ustvarjene škatle je nameščeno elektronsko polprevodniško relejno vezje, sestavljeno z "nadstreškom". Samo triak je nameščen na površini aluminijaste plošče.

Pritrditev triaka na aluminijasto podlago. Glavni pogoj je, da mora biti ta elektronska komponenta tesno pritisnjena na kovinsko podlago. Le tako je zagotovljen kakovosten odvod toplote in zanesljivo delovanje.

Noben drug del vezja ali vodnik se ne sme dotikati aluminijaste podlage. Triak je pritrjen na aluminij s tistim delom ohišja, ki je predviden za montažo na radiator.

Toplotno prevodno pasto je treba uporabiti na kontaktnem območju telesa triaka in aluminijaste podlage. Nekatere znamke triakov z neizolirano anodo je treba namestiti skozi tesnilo iz sljude.

Možnost pritrditve triaka na podlago s pomočjo zakovice. Na hrbtni strani je zakovica poravnana s površino podlage

Triak je treba z neko utežjo tesno stisniti na podlago in ga po obodu napolniti z epoksi lepilom ali na nek način pritrditi, ne da bi poškodovali gladko površino hrbtne strani podlage (na primer z zakovico).

Priprava spojine in polivanje telesa

Če želite izdelati trdno telo elektronske naprave, boste morali narediti mešanico spojin. Sestava spojine je sestavljena iz dveh komponent:

1. Epoksi smola brez trdilca.
2. Alabaster prah.

Zahvaljujoč dodatku alabastra mojster reši dve težavi hkrati - pridobi izčrpen volumen mase za vlivanje pri nominalni porabi epoksi smole in ustvari polnilo optimalne konsistence.

Zmes je treba temeljito premešati, nato pa lahko dodate trdilec in ponovno dobro premešate. Nato je "zgibna" namestitev znotraj kartonske škatle previdno napolnjena z ustvarjeno maso.

Takole izgleda dokončana kopija polprevodniškega releja, ki ga naredite sami. Nekoliko nenavaden in ne zelo predstavljiv, a precej zanesljiv

Polnjenje se izvede do vrha, tako da na površini ostane samo del glave kontrolne LED. Na začetku površina spojine morda ne bo videti povsem gladka, čez nekaj časa pa se bo slika spremenila. Ostaja le še počakati, da se ulitek popolnoma strdi.

Pravzaprav lahko uporabite katero koli rešitev, primerno za litje.Glavno merilo je, da sestava ulitka ne sme biti električno prevodna, poleg tega mora biti po strjevanju oblikovana dobra stopnja togosti ulitka. Lito polprevodniško ohišje releja je nekakšna zaščita elektronskega vezja pred naključnimi fizičnimi poškodbami.

Zaključki in uporaben video na to temo

Ta videoposnetek prikazuje, kako in na podlagi katerih elektronskih komponent je mogoče izdelati polprevodniški rele. Avtor nazorno spregovori o vseh podrobnostih proizvodnih praks, s katerimi se je osebno srečal pri izdelavi elektronskega stikala:

Video o težavi, na katero lahko naletite po nakupu enofaznega SSR pri prodajalcih iz Kitajske. Na poti opravi nekakšen pregled zasnove stikalne naprave:

Lastna izdelava polprevodniških relejev je povsem možna rešitev, vendar v zvezi z izdelki za nizkonapetostne obremenitve, ki porabijo relativno malo energije.

Težko je narediti močnejše in visokonapetostne naprave z lastnimi rokami. In ta finančni podvig bo stal enako, kot je ocenjena tovarniška kopija. Torej, če je potrebno, je lažje kupiti že pripravljeno industrijsko napravo.

Če imate vprašanja o sestavljanju polprevodniškega releja, jih vprašajte v razdelku za komentarje in poskušali jim bomo dati zelo jasen odgovor. Tam lahko delite svoje izkušnje s samostojno izdelavo relejev ali zagotovite dragocene informacije o temi članka.