SSR หรือโซลิดสเตตรีเลย์เป็นสวิตช์ไฟฟ้ากำลังสูงที่ทำงานโดยไม่เกี่ยวข้องกับหน้าสัมผัสทางกล แต่จะใช้เซมิคอนดักเตอร์สถานะของแข็งเช่น มอสเฟต สำหรับการเปลี่ยนโหลดไฟฟ้า

SSR สามารถใช้สำหรับการใช้งานโหลดกำลังสูงผ่านแรงดันทริกเกอร์อินพุตขนาดเล็กที่มีกระแสเล็กน้อย

อุปกรณ์เหล่านี้สามารถใช้สำหรับการทำงานกับโหลด AC กำลังสูงได้เช่นกัน โหลด DC .

โซลิดสเตทรีเลย์มีประสิทธิภาพสูงเมื่อเทียบกับ รีเลย์เครื่องกลไฟฟ้า เนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกันเล็กน้อย

คุณสมบัติหลักและข้อดีของ SSR

คุณสมบัติหลักและข้อดีของโซลิดสเตตรีเลย์หรือ SSR คือ:

SSR สามารถสร้างได้อย่างง่ายดายโดยใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ธรรมดาจำนวนขั้นต่ำ
พวกเขาทำงานโดยไม่มีเสียงคลิกใด ๆ เนื่องจากไม่มีหน้าสัมผัสทางกล
การเป็นสถานะของแข็งยังหมายความว่า SSR สามารถเปลี่ยนด้วยความเร็วที่เร็วกว่าประเภทเครื่องกลไฟฟ้าแบบเดิม
SSR ไม่ได้ขึ้นอยู่กับแหล่งจ่ายภายนอกสำหรับการเปิดเครื่อง แต่จะแยกแหล่งจ่ายออกจากโหลดเอง
ทำงานโดยใช้กระแสไฟเล็กน้อยดังนั้นจึงไม่ทำให้แบตเตอรี่หมดในระบบที่ใช้แบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังช่วยให้แน่ใจว่าไม่มีการใช้งานปัจจุบันเล็กน้อยสำหรับอุปกรณ์

แนวคิดการทำงานพื้นฐาน SSR โดยใช้ MOSFET

ในโพสต์ก่อนหน้านี้ของฉันฉันได้อธิบายวิธีการใช้ MOSFET สวิตช์สองทิศทาง สามารถใช้สำหรับการทำงานของโหลดไฟฟ้าที่ต้องการได้เช่นเดียวกับมาตรฐาน สวิตช์กล แต่มีข้อได้เปรียบพิเศษ

แนวคิดสวิตช์สองทิศทาง MOSFET เดียวกันสามารถนำไปใช้ในการสร้างอุปกรณ์ SSR ในอุดมคติ

สำหรับ SSR ที่ใช้ Triac โปรดดู ไปที่โพสต์นี้

การออกแบบ SSR พื้นฐาน

แนวคิดการออกแบบ SSR รีเลย์สถานะของแข็งขั้นพื้นฐาน

ในการออกแบบ SSR ขั้นพื้นฐานที่แสดงไว้ข้างต้นเราสามารถเห็น MOSFETs T1 และ T2 ที่ได้รับการจัดอันดับอย่างเหมาะสมสองสามตัวเชื่อมต่อกลับไปด้านหลังด้วยขั้วต้นทางและขั้วเกตที่เชื่อมต่อกัน

D1 และ D2 เป็นไดโอดตัวเครื่องภายในของ MOSFET ที่เกี่ยวข้องซึ่งอาจเสริมด้วยไดโอดขนานภายนอกหากจำเป็น

นอกจากนี้ยังสามารถเห็นแหล่งจ่าย DC อินพุตที่ติดอยู่บนขั้วเกต / ต้นทางทั่วไปของ MOSFET สองตัว แหล่งจ่ายนี้ใช้สำหรับทริกเกอร์ MOSFETs ON หรือสำหรับการเปิดใช้งานสวิตช์เปิดถาวรสำหรับ MOSFET ในขณะที่หน่วย SSR กำลังทำงาน

“ประเภทของแหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง ”

แหล่งจ่ายไฟ AC ซึ่งอาจสูงถึงระดับกริดเมนและโหลดเชื่อมต่อแบบอนุกรมผ่านท่อระบายน้ำทั้งสองของ MOSFET

มันทำงานอย่างไร

การทำงานของรีเลย์สถานะขายที่เสนอสามารถเข้าใจได้โดยอ้างถึงแผนภาพต่อไปนี้และรายละเอียดที่เกี่ยวข้อง:

ด้วยการตั้งค่าข้างต้นเนื่องจากการเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟอินพุต T1 และ T2 จึงอยู่ในตำแหน่งเปิด เมื่ออินพุต AC ด้านโหลดเปิดอยู่แผนภาพด้านซ้ายจะแสดงวิธีที่ครึ่งรอบบวกดำเนินการผ่านคู่ MOSFET / ไดโอดที่เกี่ยวข้อง (T1, D2) และแผนภาพด้านขวาจะแสดงวิธีที่วงจร AC เชิงลบดำเนินการผ่าน MOSFET / ส่วนเสริมอื่น ๆ คู่ไดโอด (T2, D1)

ในแผนภาพด้านซ้ายเราพบหนึ่งในครึ่งรอบของ AC ผ่าน T1 และ D2 (T2 เป็นแบบย้อนกลับ) และในที่สุดก็เสร็จสิ้นวงจรผ่านโหลด

แผนภาพด้านขวาแสดงให้เห็นว่าอีกครึ่งรอบทำให้วงจรสมบูรณ์ในทิศทางตรงกันข้ามโดยดำเนินการผ่านโหลด T2, D1 (T1 จะกลับลำเอียงในกรณีนี้)

ด้วยวิธีนี้ทั้งสอง MOSFETs T1, T2 พร้อมกับไดโอดของร่างกายตามลำดับ D1, D2 ทำให้ทั้งสองรอบครึ่งของ AC ดำเนินการจ่ายไฟ AC ได้อย่างสมบูรณ์แบบและบรรลุบทบาท SSR อย่างมีประสิทธิภาพ

การสร้างวงจร SSR ที่ใช้ได้จริง

จนถึงตอนนี้เราได้เรียนรู้การออกแบบเชิงทฤษฎีของ SSR แล้วตอนนี้เรามาดูกันว่าโมดูลรีเลย์โซลิดสเตตที่ใช้งานได้จริงสามารถสร้างขึ้นได้อย่างไรสำหรับการเปลี่ยนโหลด AC กำลังสูงที่ต้องการโดยไม่ต้องใช้ DC อินพุตภายนอก

วงจร SSR ข้างต้นได้รับการกำหนดค่าในลักษณะเดียวกับที่กล่าวไว้ในการออกแบบพื้นฐานก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตามที่นี่เราพบไดโอดเพิ่มเติมอีกสองตัว D1 และ D2 พร้อมกับไดโอดตัว MOSFET D3, D4

ไดโอด D1, D2 ถูกนำมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะเพื่อสร้างวงจรเรียงกระแสบริดจ์ร่วมกับไดโอดตัว D3, D4 MOSFET

“วิธีทำที่ชาร์จแล็ปท็อปแบบโฮมเมด ”

สามารถใช้สวิตช์เปิดปิดขนาดเล็กเพื่อเปิด / ปิด SSR สวิตช์นี้อาจเป็นสวิตช์กกหรือสวิตช์กระแสต่ำก็ได้

สำหรับการเปลี่ยนความเร็วสูงคุณสามารถเปลี่ยนสวิตช์ด้วย opto-coupler ดังแสดงด้านล่าง

โดยพื้นฐานแล้ววงจรนี้ตอบสนองความต้องการ 3 ข้อ

จ่ายไฟ AC ผ่านการกำหนดค่า MOSFET / Diode SSR
วงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ที่สร้างขึ้นโดย D1 --- D4 จะแปลงอินพุต AC ของโหลดเป็น DC ที่แก้ไขและกรองพร้อมกันและ DC นี้ใช้สำหรับการให้น้ำหนักประตูของ MOSFET สิ่งนี้ช่วยให้ MOSFET เปิดอย่างเหมาะสมผ่านโหลด AC เองโดยไม่ขึ้นอยู่กับ DC ภายนอกใด ๆ
DC ที่แก้ไขแล้วจะถูกยกเลิกเพิ่มเติมในฐานะเอาต์พุต DC เสริมซึ่งสามารถใช้สำหรับการจ่ายไฟภายนอกที่เหมาะสม

ปัญหาวงจร

การออกแบบข้างต้นให้ละเอียดยิ่งขึ้นแสดงให้เห็นว่าการออกแบบ SSR นี้อาจมีปัญหาในการใช้ฟังก์ชันที่ตั้งใจไว้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากในขณะที่ DC สวิตชิ่งมาถึงประตูของ MOSFET มันจะเริ่มเปิดทำให้เกิดการข้ามกระแสผ่านท่อระบายน้ำ / แหล่งจ่ายทำให้แรงดันเกต / ต้นทางหมดลง

ลองพิจารณา MOSFET T1 ทันทีที่กระแสตรงที่แก้ไขเริ่มมาถึงประตู T1 มันจะเริ่มเปิดทันทีตั้งแต่ประมาณ 4 V เป็นต้นไปทำให้เกิดการข้ามเอฟเฟกต์ของแหล่งจ่ายผ่านทางท่อระบายน้ำ / ขั้วต้นทาง ในช่วงเวลานี้ DC จะพยายามเพิ่มขึ้นทั่วซีเนอร์ไดโอดและเริ่มลดลงสู่ศูนย์

สิ่งนี้จะทำให้ MOSFET ปิดและการต่อสู้ที่ค้างอยู่อย่างต่อเนื่องหรือการชักเย่อจะเกิดขึ้นระหว่าง MOSFET Drain / Source และ MOSFET gate / source ซึ่งป้องกันไม่ให้ SSR ทำงานอย่างถูกต้อง

การแก้ไขปัญหา

การแก้ไขปัญหาข้างต้นสามารถทำได้โดยใช้แนวคิดวงจรตัวอย่างต่อไปนี้

วัตถุประสงค์คือเพื่อให้แน่ใจว่า MOSFET ไม่ทำงานจนกว่าจะมีการพัฒนา 15 V ที่เหมาะสมที่สุดบนไดโอดซีเนอร์หรือข้ามประตู / แหล่งที่มาของ MOSFET

ออปแอมป์ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเอาต์พุตจะเริ่มทำงานเพียงครั้งเดียวที่สาย DC ข้ามเกณฑ์อ้างอิงไดโอดซีเนอร์ 15 V ซึ่งช่วยให้ประตู MOSFET ได้รับ 15 V DC ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการนำไฟฟ้า

เส้นสีแดงที่เชื่อมโยงกับพิน 3 ของ IC 741 สามารถสลับผ่านออปโปคัปเตอร์สำหรับการสลับที่ต้องการจากแหล่งภายนอก

มันทำงานอย่างไร : อย่างที่เราเห็นอินพุทกลับด้านของ op amp จะผูกกับ 15V zener ซึ่งเป็นระดับอ้างอิงสำหรับ op amp pin2 Pin3 ซึ่งเป็นอินพุทที่ไม่กลับด้านของ op amp เชื่อมต่อกับสายบวก การกำหนดค่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าขาออก 6 ของแอมป์ op สร้างแหล่งจ่าย 15V ก็ต่อเมื่อแรงดันพิน 3 ถึงสูงกว่าเครื่องหมาย 15 V การดำเนินการนี้ทำให้มั่นใจได้ว่า MOSFET ทำงานผ่านแรงดันเกตที่เหมาะสม 15 V เท่านั้นทำให้ SSR ทำงานได้อย่างเหมาะสม