RadioRadar - Радиоэлектроника, даташиты, схемы

https://www.radioradar.net/hand_book/documentation/scheme_solid_state_relay_dc.html

Схема твердотельного реле постоянного тока своими руками

Для начала разберёмся, что такое твердотельное реле.

Твердотельное реле (сокр. ТТР) – это разновидность управляемых переключателей (реле) без подвижных механических частей.

Виды ТТР

Производители поставляют огромное количество вариантов твердотельных реле в различных конструктивных исполнениях. ТТР можно классифицировать по следующим признакам:

• По виду тока (для постоянного или переменного, для одно-или трёхфазных цепей);
• По типам подключаемых нагрузок (с мгновенным срабатыванием, для индуктивных или ёмкостных нагрузок различной мощности и т.п.);
• По типу корпуса/возможности монтажа (для DIN-реек, для печатных плат, для монтажа на переходных планках);
• По типу управляющего сигнала (импульсный, постоянный и т.п.);
• По другим эксплуатационным характеристикам (габариты, диапазоны рабочих температур, влажность и т.д.).

Принцип работы

Управление цепью нагрузки происходит через оптопару. Только она может обеспечить гальваническую развязку без использования механических контактов. По этой причине принимающий элемент всегда реализован на базе полупроводников и имеет следующие блоки:

1.Вход;

2.Триггерная цепь;

3.Развязка;

4.Переключатель (или переключающая цепь);

5.Защита.

Входная цепь получает управляющий сигнал и обеспечивает правильную логику подачи питания на излучающий элемент.

Свет выступает в роли своеобразного ключа.

В зависимости от логики работы реализуется тот или иной алгоритм питания нагрузки.

Преимущества

Самыми очевидными достоинствами ТТР можно назвать:

• Беззвучная работа (в сравнении с механическими реле).
• Высокая скорость срабатывания.
• Небольшие габариты.
• Большой срок эксплуатации.
• Наличие гальванической развязки с управляемой цепью.

Недостатки

К сожалению, без них никак:

• Каждое твердотельное реле рассчитано на определённый тип нагрузки, поэтому готовую модель необходимо подбирать под параметры цепи, а самодельную – правильно проектировать и рассчитывать.
• Даже при номинальной нагрузке ТТР может сильно греться. Применение радиаторов существенно увеличивает габариты схемы.
• Как и любой полупроводник, даже в закрытом состоянии ТТР имеет обратный ток и его ВАХ в целом – нелинейная.
• В зависимости от типа реализации могут присутствовать обязательные требования к соблюдению полярности.

Поэтому цепи в цепях с ТТР необходимо предусматривать системы защиты от КЗ и повышения напряжений / токов, а также от ложных срабатываний (так как чувствительность таких реле очень высока).

Схемы ТТР для постоянного тока

Наиболее популярным в радиотехнике является диапазон напряжений 5-24 В.

Для 5-ти вольтовых схем подойдёт реализация такой схемы на оптопаре. В качестве основы используется MOC3083M как наиболее доступный и практичный элемент.

Её можно использовать, например, в качестве развязки для устройств на базе Arduino (выходной сигнал как раз – 5 В).

Рис. 1. Схема ТТР для постоянного тока на оптопаре

Светодиод LD1 (это АЛ307А) используется для индикации работы ТТР (его можно заменить на простой диод с аналогичными параметрами).

V1 – семистор BT139-800 (на 16А, с изолированным анодом).

D – любой стабилитрон на 3,3 В.

R1 должен иметь теплоотвод минимум 0,5 Вт.

В идеале всю схему желательно разместить на алюминиевой подложке или на радиаторе и полностью залить компаундом (с хорошей теплопроводностью). Не стоит забывать о дополнительной изоляции греющихся полупроводников (в первую очередь семистора), особенно если они имеют открытые аноды.

Доработанный вариант для схем с повышенным напряжением – до 24 В.

Рис. 2. Доработанный вариант для схем с повышенным напряжением

Сила тока допускается в диапазоне 7-14 мА. При превышении необходимо заменить светодиод (АЛ307А рассчитан на эксплуатацию с током до 20 мА).

Автор: RadioRadar