Puolijohdereleet - tyypit, laite ja toimintaperiaate

Monet lukijat, jotka kuulevat sanan "rele", kuvittelevat varmasti kelan, jonka ytimessä liikkuva kosketin houkuttelee. Ja tämä ei ole ollenkaan yllättävää, koska alun perin releet olivat aina sähkömagneettisia, ja sana "rele" ymmärretään yleensä tarkoittavan sähkömagneettista laitetta sähköpiirin avaamiseen ja sulkemiseen.

Siitä huolimatta puolijohdekytkimiä on pitkään käytetty sähköpiirien kytkemiseen eri tekniikan alueilla: transistorit, tyristorit, triacit. Puolijohteita ja releitä ei ole säästetty.

Huolimatta siitä, että suuret virrat ja jännitteet kytketään perinteisesti sähkömagneettisten releiden avulla, nykyään on jo mahdollista toteuttaa vakaat ja tehokkaat puolijohdekytkimet. Tällaiset kytkimet ovat puolijohdereleitä tai puolijohdereleet (englannista Solid-state relay, lyhenne SSR).

Siten puolijohderele on nyt täysin elektroninen laite, jossa ei ole liikkuvaa mekaanista kosketinta ja joka kytkee päälle / pois voimakkaita kuormia tehopiireissä syöttämällä alhaisen ohjausjännitteen elektronisen laitteen ohjaustuloon.

Puolijohdereleen (solid-state) kotelon sisällä on tunnistuspiiri, joka reagoi ohjaussignaaliin, sekä virtalähdeosa – puolijohdereleelektroniikka suurtehopiirin puolella.

Tällaisia ​​releitä käytetään DC- ja AC-piireissä, joissa ne suorittavat samoja toimintoja kuin aikaisemmat mekaaniset sähkömagneettiset releet ja kontaktorit, mutta nyt ongelma on ratkaistu ilman kytkentäpiirin liikkuvia osia. Tämän seurauksena relekoteloihin integroitujen tehokkaiden tyristorien, triakkien ja transistorien ansiosta tuli mahdolliseksi kytkeä jopa satojen ampeerien virtoja ilman mekaanisia komponentteja.

Puolijohdereleillä on sähkömekaanisiin releisiin verrattuna suurempi, satojen mikrosekuntien suuruusluokkaa oleva turvallinen kytkentänopeus, kun taas ohjauspiiri ja tehopiiri on täysin galvaanisesti eristetty toisistaan ​​(yleensä käytetään optoparieristystä).

Puolijohderelet kestävät lyhyen aikaa kytkentäpuolen ylikuormitusta ja pysyvät käytössä, mistä sähkömekaaniset esi-isät eivät voi ylpeillä. Samanaikaisesti puolijohderele toimii hiljaa, sillä on kompaktit mitat, koskettimet eivät hapetu (koska koskettimia ei ole sellaisenaan), ei ole kipinöitä, laite ei pelkää pölyä tai tärinää.

Tietenkin releen puolijohdeyhdisteen resistanssi johtavassa tilassa on epälineaarinen, ja suurilla kytkentävirroilla laite tarvitsee jäähdytystä ollenkaan, mutta plussat menevät ehdottomasti päällekkäin näiden tavanomaisten miinusten kanssa. Lisäksi puolijohdereleen käyttöikä mitataan miljoonissa kytkentäjaksoissa.

Puolijohderelet ovat yksi- tai kolmivaiheisia DC- tai AC-kytkentöihin. AC-kytkentäreleissä on sisäänrakennettu nollapisteanturi, joten kytkentä tapahtuu käytännössä nollavirralla, ilman puolijohdekytkimen vaurioitumista, ilman induktiivisten kuormien aiheuttamia vaarallisia virtapiikkejä.

Tyristorit tai triacit toimivat kytkiminä AC-releessä, ja kenttä- tai IGBT-transistorit… Ohjauspiiriin syötetään virtaa suoraan ohjaussignaalilähteestä, ja ohjausvirta ei ylitä muutamaa milliampeeria ja kytkentävirta voi olla kymmeniä tai satoja ampeeria.

Saatavilla on ei-suunnattavia ja kääntäviä kolmivaiheisia puolijohdereleitä. Kolmivaiheisissa suunnanvaihtoreleissä on kaksi ohjaustuloa, ja lähdössä toinen vaiheista ei välttämättä muuta asentoaan ollenkaan.

Verrattuna isoihin mekaanisiin magneettisiin käynnistimiin kompaktit puolijohdereleet toimivat hiljaa eivätkä kulu, koskettimia ei tarvitse puhdistaa säännöllisesti, ja voimakkaille kuormille riittää, että relekotelolla on hyvä jäähdytys, joissakin tapauksissa jäähdytin paitsi sen asennus toimitetaan.

Mitä tulee pölyiseen ja räjähtävään teolliseen tuotantoon, tässä solid-state-rele osoittautuu todelliseksi pelastajaksi, koska mekaanisten koskettimien kaari on poissuljettu sen puuttumisen vuoksi, ja releen suljettu kotelo ei anna elektroniikan likaantumista. .

Pienoisjohdereleitä on saatavana muovikotelossa PCB-asennukseen. Tällaiset releet voivat kytkeä jopa 2 ampeerin virtoja 220-240 voltin verkkojännitteellä, esimerkiksi tuuletin tai pumppu, lamppu tai jopa pieni patteri voidaan kytkeä päälle 5 voltin digitaalisignaalilla anturista, joka on yleensä erittäin tärkeä kodin automaatiojärjestelmien DIY-harrastajille.