Rangkaian Solid State Relay (SSR) 220V menggunakan Triac dan OptoCoupler

Relai solid state listrik AC atau SSR adalah perangkat yang digunakan untuk mengalihkan beban AC yang berat di level sumber listrik, melalui pemicu tegangan DC minimal yang terisolasi, tanpa menyertakan kontak bergerak mekanis.

Dalam posting ini kita belajar bagaimana membangun sebuah solid state relay sederhana atau rangkaian SSR menggunakan Triac, BJT, sebuah opto coupler persimpangan nol.

Keunggulan SSR Solid State dibandingkan Relai Mekanis

Relai jenis mekanis bisa sangat tidak efisien dalam aplikasi yang membutuhkan peralihan yang sangat halus, sangat cepat, dan bersih.

Sirkuit SSR yang diusulkan dapat dibangun di rumah dan digunakan di tempat-tempat yang membutuhkan penanganan beban yang benar-benar canggih.

Sirkuit solid state relay dengan detektor penyeberangan nol bawaan dijelaskan dalam artikel ini.

Rangkaian ini sangat mudah dipahami dan dibangun namun dilengkapi dengan fitur-fitur yang berguna seperti peralihan yang bersih, bebas dari gangguan RF, dan mampu menangani beban hingga 500 watt. Kami telah belajar banyak tentang relai dan cara fungsinya.

Kita tahu bahwa perangkat ini digunakan untuk mengalihkan beban listrik yang berat melalui pasangan kontak eksternal yang terisolasi, sebagai respons terhadap pulsa listrik kecil yang diterima dari keluaran rangkaian elektronik.

Biasanya input pemicu berada di sekitar tegangan koil relai, yang mungkin 6, 12 atau 24 V DC, sedangkan beban dan arus yang dialihkan oleh kontak relai sebagian besar berada pada level potensial listrik AC.

Pada dasarnya relai berguna karena mereka dapat beralih ke kontak mereka yang berat tanpa membawa potensi berbahaya bersentuhan dengan sirkuit elektronik yang rentan di mana ia sedang dinyalakan.

Namun keuntungannya disertai dengan beberapa kekurangan kritis yang tidak dapat diabaikan. Karena kontak melibatkan operasi mekanis, terkadang cukup tidak kompeten dengan rangkaian canggih yang membutuhkan pengalihan yang sangat akurat, cepat dan efisien.

Relai mekanis juga memiliki reputasi buruk dalam menghasilkan interferensi RF dan derau selama pengalihan yang juga mengakibatkan penurunan kontaknya seiring waktu.

Untuk SSR berbasis MOSFET lihat posting ini

Menggunakan SCR ot Triac untuk Membuat SSR

Triac dan SCR dianggap sebagai pengganti yang baik di tempat di mana relai di atas terbukti tidak efisien, namun hal ini juga dapat menyebabkan masalah pembangkitan interferensi RF saat beroperasi.

Juga SCR dan Triac ketika diintegrasikan langsung ke sirkuit elektronik memerlukan saluran arde rangkaian untuk dihubungkan dengan katodanya, yang berarti bagian rangkaian sekarang tidak lagi diisolasi dari tegangan AC yang mematikan dari perangkat - kelemahan serius sejauh keselamatan ke pengguna khawatir.

Namun triac dapat diimplementasikan dengan sangat efisien jika beberapa kekurangan yang dibahas di atas ditangani sepenuhnya. Oleh karena itu, dua hal yang harus dihilangkan dengan triac, jika mereka ingin diganti secara efisien untuk relai adalah, gangguan RF saat pergantian, dan masuknya sumber listrik berbahaya ke sirkuit.

Relai Solid State dirancang persis dengan spesifikasi di atas, yang menghilangkan inferensi RF dan juga menjaga kedua tahap sama sekali terpisah dari yang lain.

SSR komersial bisa sangat mahal dan tidak dapat diservis jika terjadi kesalahan. Namun membuat solid state relay semua oleh Anda dan menggunakannya untuk aplikasi yang diperlukan bisa menjadi apa yang 'diperintahkan dokter'. Karena dapat dibangun menggunakan komponen elektronik diskrit menjadi dapat diperbaiki sepenuhnya, dapat dimodifikasi, dan terlebih lagi ini memberi Anda gambaran yang jelas mengenai operasi internal sistem.

Disini kita akan mempelajari pembuatan solid state relay sederhana.

Bagaimana itu bekerja

Seperti dibahas pada bagian di atas, dalam desain rangkaian SSR atau solid state relay yang diusulkan, gangguan RF diperiksa dengan memaksa triac untuk beralih hanya di sekitar tanda nol fase sinus AC dan penggunaan opto coupler memastikan bahwa inputnya dijauhkan dari potensi listrik AC yang ada dengan sirkuit triac.

Mari kita coba memahami bagaimana rangkaian berfungsi:

Seperti yang ditunjukkan pada diagram, opto coupler menjadi portal antara pemicu dan rangkaian switching. Pemicu input diterapkan ke LED dari opto yang menyala dan membuat transistor foto berjalan.
Tegangan dari foto-transistor melewati kolektor ke emitor dan akhirnya mencapai gerbang triac untuk mengoperasikannya.

Operasi di atas cukup biasa dan biasanya dikaitkan dengan pemicu semua Triac dan SCR. Namun ini mungkin tidak cukup untuk menghilangkan derau RF.

Bagian yang terdiri dari tiga transistor dan beberapa resistor secara khusus diperkenalkan dengan maksud untuk memeriksa generasi RF, dengan memastikan bahwa triac hanya berjalan di sekitar ambang nol dari bentuk gelombang sinus AC.

Ketika listrik AC diterapkan ke rangkaian, DC yang diperbaiki menjadi tersedia di kolektor transistor opto dan berjalan seperti yang dijelaskan di atas, namun tegangan pada persimpangan resistor yang terhubung ke basis T1 begitu disesuaikan sehingga langsung berjalan setelah gelombang AC naik di atas tanda 7 volt. Untuk waktu yang lama bentuk gelombang tetap di atas level ini membuat T1 tetap ON.

Ini mendasari tegangan kolektor dari transistor opto, menghambat triac dari konduksi, tetapi saat tegangan mencapai 7 volt dan mendekati nol, transistor berhenti berjalan sehingga memungkinkan triac untuk beralih.

Proses ini diulangi selama setengah siklus negatif ketika T2, T3 bekerja sebagai respons terhadap tegangan di atas minus 7 volt lagi membuat anggapan bahwa triac hanya menyala ketika potensial fase mendekati nol, secara efektif menghilangkan induksi interferensi RF yang melintasi nol.

Diagram Sirkuit Rangkaian SSR Solid State

Daftar Bagian untuk rangkaian solid state relay yang diusulkan

• R1 = 120 K,
• R2 = 680K,
• R3 = 1 K,
• R4 = 330 K,
• R5 = 1 M,
• R6 = 100 Ohm 1 W,
• C1 = 220 uF / 25 V,
• C2 = 474/400 V Poliester Metalisasi
• C3 = 0,22uF / 400V PPC
• Z1 = 30 volt, 1 W,
• T1, T2 = BC547B,
• T3 = BC557B,
• TR1 = BT 36,
• OP1 = MCT2E atau serupa.

Tata Letak PCB

Menggunakan SCR Opto-Coupler 4N40

Saat ini dengan munculnya opto-coupler modern, membuat relai keadaan padat tingkat tinggi (SSR) menjadi sangat mudah. 4N40 adalah salah satu perangkat ini yang menggunakan SCR foto untuk pemicu terisolasi yang diperlukan dari beban AC.

Opto-coupler ini dapat dengan mudah dikonfigurasi untuk membuat rangkaian SSR yang sangat andal dan efektif. Sirkuit ini dapat digunakan untuk memicu beban 220V melalui kontrol logika 5V yang sepenuhnya terisolasi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini:

Gambar milik: Farnel