SSR hoặc Rơle trạng thái rắn là công tắc điện công suất cao hoạt động mà không liên quan đến các tiếp điểm cơ học, thay vào đó chúng sử dụng chất bán dẫn trạng thái rắn như MOSFET để chuyển đổi một tải điện.

SSR có thể được sử dụng để vận hành tải công suất cao, thông qua điện áp kích hoạt đầu vào nhỏ với dòng điện không đáng kể.

Các thiết bị này có thể được sử dụng để vận hành tải AC công suất cao cũng như Tải DC .

Rơle trạng thái rắn có hiệu quả cao so với rơ le điện cơ do một vài tính năng khác biệt.

Các tính năng chính và ưu điểm của SSR

Các tính năng chính và ưu điểm của rơle trạng thái rắn hoặc SSR Chúng tôi:

SSR có thể được chế tạo dễ dàng bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu các bộ phận điện tử thông thường
Chúng hoạt động mà không có bất kỳ hình thức phát ra tiếng lách cách nào do không có tiếp điểm cơ học.
Ở trạng thái rắn cũng có nghĩa là SSR có thể chuyển đổi với tốc độ nhanh hơn nhiều so với các loại cơ điện truyền thống.
SSR không phụ thuộc vào nguồn cung cấp bên ngoài để BẬT, thay vì trích nguồn cung cấp từ chính tải.
Chúng hoạt động bằng cách sử dụng dòng điện không đáng kể và do đó không tiêu hao pin trong các hệ thống hoạt động bằng pin. Điều này cũng đảm bảo dòng điện nhàn rỗi không đáng kể cho thiết bị.

Khái niệm làm việc SSR cơ bản sử dụng MOSFETs

Trong một trong những bài viết trước đây của tôi, tôi đã giải thích cách MOSFET dựa trên chuyển đổi hai chiều có thể được sử dụng để vận hành bất kỳ tải điện mong muốn nào, giống như một tiêu chuẩn công tắc cơ học , nhưng với những lợi thế đặc biệt.

Khái niệm công tắc hai chiều MOSFET tương tự có thể được áp dụng để tạo ra một thiết bị SSR lý tưởng.

Để biết SSR dựa trên Triac, vui lòng tham khảo đến bài đăng này

Thiết kế SSR cơ bản

khái niệm thiết kế rơle trạng thái rắn cơ bản SSR

Trong thiết kế SSR cơ bản được trình bày ở trên, chúng ta có thể thấy một vài MOSFET được xếp hạng thích hợp T1 và T2 được kết nối ngược trở lại với các thiết bị đầu cuối nguồn và cổng của chúng được kết hợp chung với nhau.

D1 và D2 là các điốt bên trong thân của MOSFET tương ứng, có thể được tăng cường bằng các điốt song song bên ngoài, nếu cần.

Nguồn cung cấp DC đầu vào cũng có thể được nhìn thấy được gắn trên các đầu cuối cổng / nguồn chung của hai MOSFET. Nguồn cung cấp này được sử dụng để kích hoạt BẬT MOSFET hoặc để bật công tắc BẬT vĩnh viễn cho MOSFET trong khi thiết bị SSR đang hoạt động.

“các bộ phận của tháp giải nhiệt ”

Nguồn cung cấp AC có thể lên đến mức nguồn lưới và tải được kết nối nối tiếp qua hai cống của MOSFET.

Làm thế nào nó hoạt động

Có thể hiểu hoạt động của rơle trạng thái được bán được đề xuất bằng cách tham khảo sơ đồ sau và các chi tiết tương ứng:

Với thiết lập trên, do nguồn cung cấp cổng đầu vào được kết nối, T1 và T2 đều ở vị trí BẬT được chuyển mạch. Khi đầu vào AC phía tải được BẬT, sơ đồ bên trái cho thấy cách nửa chu kỳ dương dẫn qua cặp MOSFET / diode có liên quan (T1, D2) và sơ đồ bên phải cho thấy chu kỳ AC âm dẫn như thế nào thông qua MOSFET bổ sung khác / cặp diode (T2, D1).

Trong biểu đồ bên trái, chúng ta thấy một trong các nửa chu kỳ AC đi qua T1, và D2 (T2 được phân cực ngược), và cuối cùng hoàn thành chu kỳ thông qua tải.

Sơ đồ bên phải cho thấy nửa chu kỳ còn lại hoàn thành mạch theo chiều ngược lại bằng cách dẫn qua tải, T2, D1 (T1 được phân cực ngược trong trường hợp này).

Bằng cách này, hai MOSFET T1, T2 cùng với các điốt cơ thể tương ứng D1, D2, cho phép cả hai nửa chu kỳ của AC dẫn điện, cấp nguồn cho tải AC một cách hoàn hảo và hoàn thành vai trò SSR một cách hiệu quả.

Tạo mạch SSR thực tế

Cho đến nay chúng ta đã tìm hiểu thiết kế lý thuyết của SSR, bây giờ hãy tiếp tục và xem cách một mô-đun rơle trạng thái rắn thực tế có thể được chế tạo, để chuyển đổi tải AC công suất cao mong muốn mà không cần bất kỳ đầu vào DC nào bên ngoài.

Mạch SSR ở trên được cấu hình chính xác theo cách giống như đã thảo luận trong thiết kế cơ bản trước đó. Tuy nhiên, ở đây chúng tôi tìm thấy hai điốt bổ sung D1 và D2, cùng với điốt thân MOSFET D3, D4.

Điốt D1, D2 được giới thiệu cho một mục đích cụ thể để nó tạo thành một bộ chỉnh lưu cầu kết hợp với điốt thân D3, D4 MOSFET.

Công tắc bật TẮT nhỏ có thể được sử dụng để BẬT / TẮT SSR. Công tắc này có thể là công tắc sậy hoặc bất kỳ công tắc dòng điện thấp nào.

Để chuyển đổi tốc độ cao, bạn có thể thay thế công tắc bằng opto-coupler như hình bên dưới.

“công tắc tắt ngày đêm ”

Về bản chất, mạch bây giờ đáp ứng 3 yêu cầu.

Nó cấp nguồn cho tải AC thông qua cấu hình MOSFET / Diode SSR.
Bộ chỉnh lưu cầu được tạo thành bởi D1 --- D4 đồng thời chuyển đổi đầu vào AC tải thành DC chỉnh lưu và lọc, và DC này được sử dụng để phân cực các cổng của MOSFET. Điều này cho phép MOSFET được BẬT thích hợp thông qua chính AC tải mà không phụ thuộc vào bất kỳ DC bên ngoài nào.
DC đã chỉnh lưu còn được kết thúc như một đầu ra DC phụ có thể được sử dụng để cấp nguồn cho bất kỳ tải bên ngoài phù hợp nào.

Vấn đề về mạch

Xem xét kỹ hơn thiết kế trên cho thấy rằng, thiết kế SSR này có thể gặp vấn đề khi triển khai chức năng dự kiến một cách hiệu quả. Điều này là do, tại thời điểm DC chuyển mạch đến cổng của MOSFET, nó sẽ bắt đầu BẬT, gây ra sự bỏ qua của dòng điện qua cống / nguồn, làm cạn kiệt điện áp cổng / nguồn.

“fpga được sử dụng để làm gì ”

Hãy xem xét MOSFET T1. Ngay sau khi DC chỉnh lưu bắt đầu đến cổng T1, nó sẽ bắt đầu BẬT ngay từ khoảng 4 V trở đi, gây ra hiệu ứng bỏ qua của nguồn cung cấp thông qua các đầu nối nguồn / cống của nó. Trong thời điểm này, DC sẽ đấu tranh để tăng qua diode zener và bắt đầu giảm về 0.

Điều này đến lượt nó sẽ khiến MOSFET TẮT, và loại vật lộn liên tục hoặc giằng co sẽ xảy ra giữa bộ thoát / nguồn MOSFET và cổng / nguồn MOSFET, ngăn không cho SSR hoạt động chính xác.

Giải pháp

Giải pháp cho vấn đề trên có thể được thực hiện bằng cách sử dụng khái niệm mạch ví dụ sau.

Mục tiêu ở đây là, để đảm bảo rằng MOSFET không dẫn điện cho đến khi một 15 V tối ưu được phát triển trên diode zener, hoặc qua cổng / nguồn của MOSFET.

Bộ khuếch đại op đảm bảo rằng đầu ra của nó chỉ kích hoạt khi dòng DC vượt qua ngưỡng tham chiếu của diode zener 15 V, cho phép các cổng MOSFET nhận được 15 V DC tối ưu cho quá trình dẫn.

Đường màu đỏ liên kết với chân 3 của IC 741 có thể được chuyển đổi qua bộ ghép quang để chuyển đổi cần thiết từ nguồn bên ngoài.

Làm thế nào nó hoạt động : Như chúng ta có thể thấy, đầu vào đảo ngược của op amp được gắn với zener 15V, tạo thành mức tham chiếu cho op amp pin2. Pin3 là đầu vào không đảo ngược của amp op được kết nối với đường dương. Cấu hình này đảm bảo rằng chân 6 đầu ra của amp op chỉ tạo ra nguồn cung cấp 15V khi điện áp chân 3 của nó đạt trên mốc 15 V. Hành động đảm bảo rằng MOSFET chỉ dẫn qua điện áp cổng tối ưu 15 V hợp lệ, cho phép SSR hoạt động bình thường.