Relés d'estat sòlid casolans: circuit i dispositiu

Els relés mecànics antics tenen dos inconvenients: la velocitat baixa i el recurs limitat pel que fa al nombre de commutacions permeses. Els interruptors electrònics que els van substituir (un altre nom és un transistor d’estat sòlid o relé triac) estan completament desproveïts d’aquestes deficiències, que van atreure l’atenció dels especialistes en electrònica. L’absència de peces mecàniques, així com la senzillesa del circuit, faciliten el muntatge a casa. Fer front a aquesta tasca us ajudarà a familiaritzar-vos amb les funcions del dispositiu i el principi de funcionament d’aquests elements.

Què són els relés d’estat sòlid i la seva classificació

Els relés d’estat sòlid (o SSR) són dispositius electrònics amb una estructura lliure de components mecànics. El principi del seu funcionament es basa en les peculiaritats del funcionament de les unions semiconductores, caracteritzades per una alta velocitat de commutació i protecció contra els camps físics.

La commutació de relés d'estat sòlid es basa en el principi d'actuació de claus electròniques.

Aquests productes utilitzen tradicionalment components electrònics comuns com transistors, díodes controlats o tiristors com a elements clau. En funció de les estructures utilitzades en la seva fabricació, els SSR es subdivideixen en dispositius construïts sobre la base d’un dels elements llistats (relés triac, per exemple).

D'acord amb els modes de funcionament i el tipus de tensions commutades, les mostres de relés d'estat sòlid fabricades sobre la base de semiconductors es divideixen en els grups següents:

• dispositius de commutació de corrent continu;
• dispositius que controlen el funcionament de línies de càrrega amb paràmetres de corrent variables;
• productes universals que funcionen en diversos circuits.

Per als primers dispositius, el control de tensions constants no superiors a 32 volts és característic. Els representants de les dues posicions restants són capaços de canviar potencials de magnitud considerable (fins a desenes de quilovolts).

Avantatges de TTP

Els avantatges d’un relé inclouen:

• la capacitat de canviar càrregues relativament potents;
• gran actuació;
• treballar en condicions d’aïllament galvànic;
• capacitat de suportar la sobrecàrrega a curt termini.

Cap producte mecànic o electromecànic pot competir amb els commutadors electrònics. Per tant, les noves estructures basades en semiconductors han substituït completament els antics dissenys mecànics.

Les característiques de rendiment exclusives dels SSR permeten utilitzar-los sense restriccions amb un augment simultani del recurs de resposta. Tots els avantatges enumerats d’aquests dispositius són una excel·lent raó per intentar muntar un relé d’estat sòlid amb les vostres pròpies mans. Els desavantatges d’aquests productes inclouen la necessitat d’una font d’alimentació addicional, així com la necessitat d’eliminar l’excés de calor generat quan es treballa amb càrregues potents.

Autoproducció

Per fer un relé actual amb les vostres pròpies mans, heu de proveir-vos de diversos components electrònics que constitueixen la base dels circuits de commutació. També necessitareu materials especials a partir dels quals es farà el cos del relé casolà.

Elements electrònics

Les següents parts habituals s’utilitzen normalment com a components electrònics que s’utilitzen en l’autofabricació de la mostra SSR més senzilla:

• optoacoblador MOS3083;
• marca triac VT139-800;
• transistor bipolar de la sèrie KT209;
• un conjunt de resistències, així com un díode zener i un LED que serveix d’indicador del funcionament del relé.

Els elements electrònics llistats es solden de manera articulada segons el diagrama de les fonts. Juntament amb altres components, conté un transistor clau que subministra impulsos estabilitzats al díode de control del parell d’optocopladors.

El moment del lliurament es fixa mitjançant un element LED, l’ús del qual al circuit executiu permet la inspecció visual.

Sota la influència d’aquests polsos, es produeix una operació instantània del triac semiconductor, inclosa en el circuit commutat. L’ús d’un parell d’optoacopladors en aquest circuit de commutació permet controlar potencials constants de 5 a 24 volts.

La cadena limitant d’una resistència amb un díode zener és necessària per reduir l’amplitud del corrent que circula pel LED i l’element de control a un valor mínim. Aquest disseny de circuits us permet ampliar la vida útil de la majoria dels elements utilitzats en la construcció del circuit.

Construcció del cos (farcit de compost)

Per a la fabricació del cos del producte prefabricat, en primer lloc, es necessita una placa d'alumini amb un gruix de 3-5 mm, que servirà de base per al muntatge electrònic. Les mides s’escullen lliurement, sempre que garanteixin una bona dissipació de la calor a l’entorn. Un altre requisit per a aquesta peça és una superfície totalment llisa i ben processada, polida amb una eina especial o polida fins a brillar.

En el següent pas de preparació del cos, la placa seleccionada com a base està equipada amb una vora formada per una tira de cartró enganxada al voltant del perímetre. Com a resultat, obtindreu una petita caixa dissenyada per acomodar el circuit electrònic prèviament muntat. Basant-se, només el triac s’uneix rígidament dels components, tots els altres elements es mantenen dins del cos mitjançant les seves pròpies connexions.

Per a la connexió a la font de càrrega i alimentació, els conductors corresponents es treuen de la caixa.

En el futur, la fixació fiable de tot el conjunt es proporcionarà mitjançant un compost líquid abocat a la caixa, preparat amb antelació en un recipient adequat. Després d’endurir-se, s’obté una estructura monolítica, que no és inferior als millors dissenys industrials en termes de protecció contra les vibracions i altres influències. El seu únic inconvenient és la impossibilitat de desmuntatge per a la posterior reparació del circuit.

Varietats de TTR

Quan es munten circuits de relés d’estat sòlid amb les seves pròpies mans, s’ha de tenir en compte que es poden utilitzar una àmplia varietat de components per a aquests propòsits. Res no impedeix a una persona que es dedica a la feina a triar transistors moderns d’efecte de camp, per exemple, aquells caracteritzats per l’alta velocitat i el baix consum d’energia. Aquests elements només estan controlats per potencials, cosa que garanteix la possibilitat de canviar de consumidor prou potent. Les estructures de camp com els MOSFET són capaços de canviar circuits de càrrega, en què la potència arriba a desenes de kW.

Per a l'autoproducció d'un relé d'estat sòlid, es permet seleccionar altres estructures semiconductores que puguin controlar circuits de potència: tiristors, per exemple, o transistors bipolars. El més important és que compleixin els requisits per a la funcionalitat d’aquest circuit i els paràmetres de funcionament dels elements que s’hi inclouen. Tota la resta depèn de la preparació i l’atenció de l’intèrpret.