Relee cu semiconductoare (SSR) – scurt ghid

Ce sunt releele cu semiconductoare?

În termeni electrici, un releu este un dispozitiv de comutație care este utilizat pentru a închide sau deschide automat un set de contacte între două circuite. Acest proces este declanșat de o intrare electrică sau de un semnal de control de un anume fel, la care controlerul răspunde uzual prin trecerea din poziția „oprit” în poziția „pornit”.
Pentru a realiza acest lucru, releul închide (sau, mai puțin uzual, deschide) un set specific de contacte, întregind (sau întrerupând) circuitul. În cazul releelor standard, acest proces este electromecanic (de unde și acronimul releelor de EMR). Cu alte cuvinte, un semnal electric de control declanșează un răspuns mecanic al releului. Comutatorul cu releu electromecanic este compus din componente cheie în mișcare, iar acestea își schimbă poziția pentru a închide și deschide contactele după necesitate.
Prin contrast, un releu cu semiconductoare SSR nu are componente mecanice sau în mișcare. Ca dispozitive electrice, SSR-urile sunt larg răspândite pentru a realiza în principiu aceleași funcții de pornit/oprit, închis/deschis precum releele standard, dar, de data aceasta. fără nicio mișcare fizică a releului. Releele cu semiconductoare pot fi proiectate să opereze pe baza unor curenți de intrare AC sau DC, în funcție de modelul specific sau de aplicație. Tensiunile uzuale pentru intrarea DC includ 5V, 12V și 24VDC, în vreme ce modelele SSR AC se bazează adesea pe valori de intrare de 120V sau 240VAC.

Termenul „releu cu semiconductoare” este o denumire generică, aceasta putând să se refere de fapt la toate configurațiile utilizate pentru a obține funcții de comutare pornit/oprit.

Multe dintre aceste configurații sunt proiectate în jurul unor aplicații sau industrii specifice. De exemplu, SSR-urile utilizate în industria auto, au tendința de a fi optimizate pentru instalare de tip „plug-and-play” și pentru rezistență la condiții dure de mediu (anti-vibrații, protecție la supratensiune, inversare polaritate, protecție la scurtcircuit) mai mult decât releele pentru alte aplicații de producție.

La ce sunt utilizate releele cu semiconductoare?

SSR-urle sunt larg utilizate într-o gamă foarte diversă de aplicații, sectoare și industrii, incluzând: control industrial, control motoare, robotică, echipamente medicale și izolație pacient echipament, instrumentație, multiplexoare, achiziție de date, subsisteme I/O, aparate de măsurare (energie, apă, gaz), echipamente IC, electrocasnice.

Cum lucrează releele cu semiconductoare?

După cum a fost menționat anterior, caracteristica cheie a unui SSR este aceea că nu necesită părți în mișcare. Spre deosebire de releele mecanice, nu există schimbări de poziție ale componentelor releului pentru a obține comutația.

În schimb, un releu SSR lucrează prin conversia semnalului de control de intrare într-un semnal optic, obținut cu ajutorul unui LED infraroșu sau similar (a nu se uita că termenul SSR este generic și acoperă o varietate de configurații). Acest semnal optic este apoi transmis printr-un spațiu deschis, mic, din modul (cunoscut ca opto-izolator), către locul în care este recepționat de un foto-tranzistor, care convertește semnalul optic în semnal electric și îl trimite mai departe. Astfel, circuitul electric devine complet și declanșează acțiunea dorită, toate fără niciun contact fizic direct.

Tipuri de montare a relelor cu semiconductoare

Pe lângă faptul că există numeroase și diferite tipuri de comutatoare cu relee SSR, există, de asemenea, o plajă largă de soluții de montare disponibile pentru instalarea fizică în circuite sau carcase, ca parte a unui sistem electric mai mare. În cele ce urmează se va face o scurtă prezentare a celor mai întâlnite soluții de montare pentru relee.

SSR cu montare pe PCB

Releele SSR cu montare pe PCB sunt gândite, după cum sugerează și numele, pentru a fi montate direct pe un circuit imprimat. Această modalitate de montare permite instalarea rapidă și directă pe plăci de bază sau alte tipuri de plăci imprimate, fie prin apăsare, fir prin lipire.

SSR cu montare pe șină DIN

Releele SSR cu montare pe șină DIN sunt proiectate pentru a se potrivi pe o gamă de șine DIN standard, printr-o instalare simplă și acces la alte echipamente de control industrial protejate într-o varietate de carcase și sertare PCL.

SSR cu montare pe panou sau pe șasiu

Releele SSR cu montare pe panou sunt printre cele mai larg disponibile și flexibile comutatoare, fiind gândite pentru a se monta încastrat într-o varietate de tipuri de panouri industriale și de echipamente. Versiunile cu montare pe șasiu oferă funcționalitate și conveniență similare. Ambele tipuri sunt atașate în mod tipic printr-un sistem de contare cu șurub, care permite fixarea directă pe suport/corp.

SSR cu montare pe radiator

Montarea pe radiator a releelor cu semiconductoare este gândită pentru aplicații de comutație cu atașarea simplă la soluția de răcire cu radiator (uzual pasivă, dar în caz că este nevoie pot fi utilizate și soluții de răcire active în medii extreme).

SSR cu montare de tip “plug-in”

Diferite tipuri de relee SSR sunt, de asemenea, proiectate pentru o funcționalitate rapidă și convenabilă de tip „plug-and-play” – tipul exact de conectare va depinde de locul în care trebuie inserat releul, o variantă tipică putând fi inserarea pe un soclu pe PCB.

Comparații cu privire la releele cu semiconductoare – SSR vs Relee mecanice

Cea mai întâlnită comparație făcută între releele cu semiconductoare și cele mecanice are la bază doi factori cheie: viteza operării și durata generală de viață. După cum vom vedea, versiunile DDR depășesc releele mecanice la ambele criterii datorită lipsei de componente în mișcare într-un SSR, aceasta însemnând că poate lucra mai repede și poate avea o durată de viață mai mare, fără a avea nevoie de înlocuire. În ciuda acestei reguli generale, pot exista însă aplicații și medii specifice în care releele mecanice rămân opțiunea mai potrivită, fiind preferabile față de releele SSR. Datorită faptului că SSR utilizează la bază lumina sau/și senzori pentru a transfera semnalul, față de o mișcare fizică în cazul releelor mecanice, comutarea între pornit și oprit poate fi realizată cu câteva ordine de mărime mai rapid.

Avantajele specifice de aplicație ale releelor SSR sunt:

• Uzură foarte redusă în timp, crescând longevitatea
• Releele electromecanice, cu componente în mișcare vor necesita înlocuire
• Operare silențioasă
• Abilitatea de a efectua operații de înaltă frecvență/extrem de rapide
• Consum energetic tipic mult mai mic decât releele electromecanice
• Fără potențial de scântei. Acest lucru este important în unele medii cu potențial exploziv
• Risc redus de ratare a contactului
• Fără risc de contacte accidentale multiple

Releele SSR pot fi produse cu dimensiuni mai compacte și mai mici decât releele electromecanice Pentru a îndeplini acțiunile sigur, lin și rapid, fără vreo acțiune mecanică, releele SSR se bazează pe un număr de componente de bază. Acestea pot include o varietate de elemente de comutație cu semiconductoare, precum fotocuploare, diode, tranzistoare, tiristoare și altele.

Deși au o serie de avantaje clare, releele SSR aduc, totuși, și o serie de dezavantaje, dintre care menționăm:

• Reducerea randamentului global în termeni de tensiune efectivă transferată
• Va exista întotdeauna o „scurgere” de curent atunci când releul SSR se presupune a fi în poziția deschis. Acest lucru îl va face de neutilizat în numeroase tipuri de deconectare de siguranță, deoarece ele pot încă transfera curent la tensiuni mari chiar în poziția „oprit”
• Vulnerabilitate de a fi declanșat de un vârf de tensiune de durată foarte mică, “ignorat” în mod tipic de un releu electromecanic
• Potențial ridicat de supraîncălzire; unele configurații pot necesita răcire externă
• Prețul SSR are tendința de a fi mai ridicat decât cel al releelor electromecanice

Relee SSR prezente în oferta COMPEC

Releu SSR Sensata/Crydom, 5A, montare pe PCB, 280Vac
Nr. stoc RS 291-2371; Cod producător CX240D5

Releul SSR prezentat oferă o valoare excepțională a curentului nominal de 5A, gama de relee putând comuta între 48 și 660Vrms. Capacitatea de intrare-ieșire este de 10pF. Domeniul temperaturii de operare de la -30 la +80°C, iar dimensiunile sunt de 33mm × 7.6mm × 43.1mm.

Releu SSR Broadcom, 0.2A, montare pe PCB, MOSFET
Nr. stoc RS 696-1241; Cod de producător ASSR-1218-003E

Familia de relee SSR MOSFET constă dintr-o diodă cu emisie luminoasă (LED) și detectorul format dintr-o matrice de diode fotovoltaice de mare viteză și circuitul de comandă pentru comutația pornit/oprit a două MOSFET-uri de înaltă tensiune.

Releu SSR Infineon, 50mA dc, SPNO, Analogic
Nr. stoc RS 165-8139; Cod de producător PVA3055NPBF

Seria de relee PVA30 reprezintă soluția cu semiconductoare, normal deschis, un singur pol, pentru înlocuirea releelor electromecanice utilizate pentru aplicații generale de comutație a semnalelor analogice. Seria PVA utilizează pentru comutația de ieșire MOSFET-uri HEXFET de la International Rectifier, comandate de un circuit integrat generator fotovoltaic. Comutația de ieșire este controlată de lumina emisă de un LED GaAlAs, care este izolat optic de generatorul fotovoltaic.

Releu SSR SPNI RS PRO 0.5A, DC, cu montare pe șină DIN
Nr. stoc RS 888-6843

Dispozitivul prezentat acoperă o plajă largă de aplicații, oferind o procesare extrem de precisă, în special pentru semnale de cuplare și pentru sarcini de comutație de până la 250V/16A într-o plajă de temperatură de la -40 la +75°C. Lățimea mică de numai 6.2mm este excelentă pentru aplicații în spații înguste. De asemenea, este disponibil cu conexiune cu arc pentru zone cu vibrații puternice.

Releu SSR Wago, 3A, DC, montare pe șină DIN, sarcină maximă 24Vdc
Nr. stoc RS 180-3049; Cod de producător 857-724

Relee SSR Celduc, 12A, montare pe șasiu, 280Vrms
Nr. stoc RS 499-0446; Cod producător SO941460

Este vorba despre un releu cu semiconductoare potrivit pentru majoritatea sarcinilor. Tiristorul cu tehnologie TMS2 asigură longevitatea. Este asigurată protecție de tensiune pentru intrare și ieșire (VDR) pentru imunitate foarte ridicată la interferențe. Domeniul de control este larg, de la 20 la 265Vac/dc, cu controlul curentului. Releul SSR trebuie montat pe un radiator.

Releu SSR Finder, 25A, SPNO, sarcină maximă 280Vac
Nr. stoc RS 800-2934; Cod producător 77.25.9.024.8250

Seria 77 de relee Finder cu montare pe panou, de 25, 40 și 50A, tip puc de hochei, special proiectat pentru aplicații de control a încălzirii. Releele sunt caracterizate de soliditate și viteză mare de comutație, silențiozitate, putere mică de control. Montarea se realizează cu șurub. Clasa de protecție IP20.

Releu fotocuplor, MOSFET, 1A, DIP4
Nr. stoc RS 177-9251; Cod de producător TLP3553(F)

Foto-releele TLP3553 constau dintr-un foto-MOSFET cuplat optic la o diodă cu emisie în infraroșu. Dispozitivul este protejat în capsulă DIP cu 4 pini. Rezistența redusă în stare ON și curentul ridicat permis de TLP3553, fac dispozitivul potrivit pentru aplicații de control linie de putere.

Aplicațiile acestor tipuri de relee sunt: înlocuirea releelor mecanice, sisteme de securitate, echipamente de măsurare, automatizare fabrici, echipamente de amuzament.

Releu SSR Siemens, 50A, SPNO, montare pe șasiu
Nr. stoc RS 472-9266; Cod de producător 3RF2150-1AA04

Releul SSR 3RF2150-1AA04 de la Siemens este un releu cu montare pe șasiu, care asigură a comutație de 50A, la o tensiune de sarcină maximă de 460V. Configurația contactelor este de tip SPNO, iar conectarea terminalelor se realizează cu șuruburi. Partea de ieșire este asigurată de un tiristor.

Releu SSR CarloGavazzi, 25 A, montare pe panou
Nr. stoc RS 857-7236; Cod de producător RS1A23D25

Releele de tip SSR cu radiator integrat oferă utilizatorului o alternativă excelentă la releele convenționale. Releul prezentat este echipat cu un capac de protecție de clasă IP20, care poate fi detașat cu ușurință pentru a se monta cu ușurință terminale de tip inel.

Author: Bogdan Grămescu

Aurocon Compec