Sirkuit Solid State Relay (SSR) menggunakan MOSFET

Sirkuit Solid State Relay (SSR) menggunakan MOSFET

Relai SSR atau Solid state adalah sakelar listrik berdaya tinggi yang bekerja tanpa melibatkan kontak mekanis, sebagai gantinya mereka menggunakan semikonduktor solid state seperti MOSFET untuk mengganti beban listrik.



SSR dapat digunakan untuk mengoperasikan beban daya tinggi, melalui tegangan pemicu masukan kecil dengan arus yang dapat diabaikan.

Perangkat ini juga dapat digunakan untuk mengoperasikan beban AC daya tinggi Beban DC .





Solid State Relay sangat efisien dibandingkan dengan relai elektro-mekanis karena beberapa fitur berbeda.

Fitur Utama dan Keunggulan SSR

Fitur utama dan keunggulan relai solid state atau SSR adalah:



  • SSR dapat dibuat dengan mudah menggunakan jumlah minimum komponen elektronik biasa
  • Mereka bekerja tanpa adanya bunyi klik karena tidak adanya kontak mekanis.
  • Menjadi solid state juga berarti SSR dapat beralih pada kecepatan yang jauh lebih cepat daripada jenis elektro-mekanis tradisional.
  • SSR tidak bergantung pada suplai eksternal untuk menghidupkan, melainkan mengekstrak suplai dari beban itu sendiri.
  • Mereka bekerja menggunakan arus yang dapat diabaikan dan oleh karena itu tidak menguras baterai dalam sistem yang dioperasikan dengan baterai. Ini juga memastikan arus idle yang dapat diabaikan untuk perangkat.

Konsep Kerja RSK Dasar menggunakan MOSFET

Dalam salah satu posting saya sebelumnya, saya menjelaskan bagaimana MOSFET berbasis saklar dua arah dapat digunakan untuk mengoperasikan beban listrik apa pun yang diinginkan, seperti standar saklar mekanis , tetapi dengan keunggulan luar biasa.

Konsep sakelar dua arah MOSFET yang sama dapat diterapkan untuk membuat perangkat SSR yang ideal.


Untuk RSK berbasis Triac, harap lihat ke posting ini


Desain RSK Dasar

konsep dasar desain SSR solid state relay

Dalam desain SSR dasar yang ditunjukkan di atas, kita dapat melihat beberapa MOSFET T1 dan T2 dengan nilai yang tepat terhubung kembali ke belakang dengan terminal sumber dan gerbang yang digabungkan satu sama lain.

D1 dan D2 adalah dioda badan internal dari masing-masing MOSFET, yang dapat diperkuat dengan dioda paralel eksternal, jika diperlukan.

Pasokan input DC juga dapat dilihat terpasang di gerbang umum / terminal sumber dari dua MOSFET. Suplai ini digunakan untuk memicu MOSFET ON atau untuk mengaktifkan sakelar ON permanen untuk MOSFET saat unit SSR beroperasi.

Pasokan AC yang dapat mencapai level jaringan utama dan beban dihubungkan secara seri di dua saluran MOSFET.

Bagaimana itu bekerja

Cara kerja dari relai status terjual yang diusulkan dapat dipahami dengan mengacu pada diagram berikut, dan detail yang sesuai:

RSK setengah siklus positif bekerja setengah siklus negatif SSR bekerja

Dengan pengaturan di atas, karena suplai gerbang input terhubung, T1 dan T2 keduanya dalam posisi ON. Ketika input AC sisi beban dinyalakan, diagram kiri menunjukkan bagaimana setengah siklus positif berjalan melalui pasangan MOSFET / dioda yang relevan (T1, D2) dan diagram sisi kanan menunjukkan bagaimana siklus AC negatif berjalan melalui MOSFET / pelengkap lainnya. pasangan dioda (T2, D1).

Pada diagram kiri kita menemukan salah satu dari setengah siklus AC melewati T1, dan D2 (T2 menjadi bias terbalik), dan akhirnya menyelesaikan siklus melalui beban.

Diagram sisi kanan menunjukkan bagaimana setengah siklus lainnya menyelesaikan sirkuit dalam arah yang berlawanan dengan melakukan melalui beban, T2, D1 (T1 menjadi bias terbalik dalam kasus ini).

Dengan cara ini dua MOSFET T1, T2 bersama dengan dioda tubuh masing-masing D1, D2, memungkinkan kedua setengah siklus AC untuk berjalan, memberi daya pada beban AC dengan sempurna, dan menyelesaikan peran SSR secara efisien.

Membuat Sirkuit SSR Praktis

Sejauh ini kita telah mempelajari desain teoritis SSR, sekarang mari kita lanjutkan dan lihat bagaimana modul relai solid state praktis dapat dibuat, untuk mengalihkan beban AC daya tinggi yang diinginkan, tanpa input eksternal DC.

Rangkaian SSR di atas dikonfigurasikan persis dengan cara yang sama seperti yang dibahas dalam desain dasar sebelumnya. Namun, di sini kami menemukan dua dioda tambahan D1, dan D2, bersama dengan dioda tubuh MOSFET D3, D4.

Dioda D1, D2 diperkenalkan untuk tujuan tertentu sehingga membentuk penyearah jembatan dalam hubungannya dengan dioda tubuh D3, D4 MOSFET.

Tombol kecil ON OFF dapat digunakan untuk menyalakan / mematikan SSR. Sakelar ini bisa berupa sakelar buluh atau sakelar arus rendah apa pun.

Untuk peralihan kecepatan tinggi Anda dapat mengganti sakelar dengan a opto-coupler seperti gambar dibawah.

Intinya sirkuit sekarang memenuhi 3 persyaratan.

  1. Ini memberi daya beban AC melalui konfigurasi MOSFET / Diode SSR.
  2. Penyearah jembatan yang dibentuk oleh D1 --- D4 secara bersamaan mengubah input AC beban menjadi DC yang diperbaiki dan difilter, dan DC ini digunakan untuk membiaskan gerbang MOSFET. Hal ini memungkinkan MOSFET dihidupkan dengan benar melalui beban AC itu sendiri, tanpa bergantung pada DC eksternal.
  3. DC yang diperbaiki selanjutnya diakhiri sebagai output DC tambahan yang dapat digunakan untuk memberi daya pada beban eksternal yang sesuai.

Masalah Sirkuit

Melihat lebih dekat pada desain di atas menunjukkan bahwa, desain SSR ini mungkin memiliki masalah dalam mengimplementasikan fungsi yang dimaksudkan secara efisien. Ini karena, saat DC switching tiba di gerbang MOSFET, itu akan mulai ON, menyebabkan bypass arus melalui drain / sumber, menghabiskan tegangan gerbang / sumber.

Mari kita pertimbangkan T1 MOSFET. Segera setelah DC yang diperbaiki mulai mencapai gerbang T1, itu akan mulai ON langsung dari sekitar 4 V dan seterusnya, menyebabkan efek bypass dari suplai melalui terminal drain / source. Selama momen ini, DC akan berjuang untuk naik melintasi dioda zener dan mulai turun menuju nol.

Hal ini pada gilirannya akan menyebabkan MOSFET dimatikan, dan jenis perjuangan teman lama yang terus-menerus atau tarik-menarik akan terjadi antara saluran / sumber MOSFET dan gerbang / sumber MOSFET, mencegah SSR berfungsi dengan benar.

Solusinya

Solusi untuk masalah di atas dapat dicapai dengan menggunakan konsep rangkaian contoh berikut.

Tujuannya di sini adalah, untuk memastikan bahwa MOSFET tidak bekerja sampai 15 V optimal dikembangkan melintasi dioda zener, atau melintasi gerbang / sumber MOSFET.

Op amp memastikan bahwa outputnya menyala hanya setelah saluran DC melewati ambang referensi dioda 15 V zener, yang memungkinkan gerbang MOSFET mendapatkan DC 15 V yang optimal untuk konduksi.

Garis merah yang terkait dengan pin3 dari IC 741 dapat dialihkan melalui opto coupler untuk peralihan yang diperlukan dari sumber eksternal.

Bagaimana itu bekerja : Seperti yang bisa kita lihat, input pembalik op amp diikat dengan zener 15V, yang membentuk level referensi untuk op amp pin2. Pin3 yang merupakan input non-inverting dari op amp dihubungkan dengan jalur positif. Konfigurasi ini memastikan bahwa output pin6 dari op amp menghasilkan suplai 15V hanya setelah tegangan pin3-nya mencapai di atas tanda 15 V. Tindakan ini memastikan bahwa MOSFET hanya bekerja melalui tegangan gerbang optimal 15 V yang valid, yang memungkinkan SSR bekerja dengan baik.

Switching Terisolasi

Fitur utama RSK adalah memungkinkan pengguna melakukan peralihan perangkat secara terisolasi melalui sinyal eksternal.

Desain berbasis op amp di atas dapat difasilitasi dengan fitur ini seperti yang ditunjukkan dalam konsep berikut:

Bagaimana Dioda Bekerja Seperti Bridge Rectifier

Selama setengah siklus positif, arus bergerak melalui D1, 100k, zener, D3 dan kembali ke sumber AC.

Selama setengah siklus lainnya, arus bergerak melalui D2, 100k, zener, D4 dan kembali ke sumber AC.

Referensi: SSR




Sebelumnya: Gadget untuk Melindungi Wanita dari Serangan dan Pelecehan Berikutnya: Rangkaian Generator Referensi Frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz