Domowe przekaźniki półprzewodnikowe - obwód i urządzenie

Stare przekaźniki mechaniczne mają dwie wady - niską prędkość i ograniczony zasób pod względem liczby dopuszczalnych przełączeń. Elektroniczne przełączniki, które pojawiły się, aby je zastąpić (inna nazwa to tranzystor półprzewodnikowy lub przekaźnik triakowy) są całkowicie pozbawione tych niedociągnięć, co zwróciło na nich uwagę elektroników. Brak części mechanicznych, a także prostota obwodu ułatwiają montaż w domu. Poradzenie sobie z tym zadaniem pomoże zapoznać się z funkcjami urządzenia i zasadą działania tych elementów.

Czym są przekaźniki półprzewodnikowe i ich klasyfikacja

Przekaźniki półprzewodnikowe (lub SSR) to urządzenia elektroniczne o konstrukcji wolnej od elementów mechanicznych. Zasada ich działania opiera się na specyfice działania złącz półprzewodnikowych, charakteryzujących się dużą szybkością przełączania i ochroną przed polami fizycznymi.

Przełączanie przekaźników półprzewodnikowych opiera się na zasadzie aktywacji klucza elektronicznego.

Produkty te tradycyjnie wykorzystują zwykłe elementy elektroniczne, takie jak tranzystory, sterowane diody lub tyrystory jako kluczowe elementy. W zależności od konstrukcji użytych do ich produkcji, SSR są podzielone na urządzenia zbudowane na podstawie jednego z wymienionych elementów (na przykład przekaźniki triakowe).

Ze względu na tryby pracy i rodzaj przełączanych napięć próbki przekaźników półprzewodnikowych wykonanych na bazie półprzewodników podzielono na następujące grupy:

• urządzenia przełączające prąd stały;
• urządzenia sterujące pracą linii ładunkowych o zmiennych parametrach prądowych;
• uniwersalne produkty działające w różnych obwodach.

Dla pierwszych urządzeń charakterystyczne jest sterowanie stałymi napięciami nie większymi niż 32 wolty. Przedstawiciele dwóch pozostałych stanowisk są w stanie przełączać potencjały o znacznej wielkości (do kilkudziesięciu kilowoltów).

Korzyści z TTP

Do zalet przekaźnika należą:

• możliwość przełączania stosunkowo potężnych obciążeń;
• wysoka wydajność;
• praca w warunkach izolacji galwanicznej;
• zdolność do wytrzymania krótkotrwałego przeciążenia.

Żaden produkt mechaniczny ani elektromechaniczny nie może konkurować z przełącznikami elektronicznymi. Dlatego nowe konstrukcje oparte na półprzewodnikach całkowicie zastąpiły stare konstrukcje mechaniczne.

Unikalne charakterystyki wydajnościowe SSR pozwalają na ich stosowanie bez żadnych ograniczeń przy jednoczesnym zwiększeniu zasobu odpowiedzi. Wszystkie wymienione zalety tych urządzeń są doskonałym powodem, aby spróbować zmontować przekaźnik półprzewodnikowy własnymi rękami. Wady tych produktów obejmują konieczność dodatkowego zasilania, a także konieczność odprowadzania nadmiaru ciepła wytwarzanego podczas pracy z dużymi obciążeniami.

Własna produkcja

Aby wykonać przekaźnik prądowy własnymi rękami, musisz zaopatrzyć się w szereg elementów elektronicznych, które stanowią podstawę obwodów przełączających. Potrzebne będą również specjalne materiały, z których zostanie wykonany korpus domowej roboty przekaźnika.

Elementy elektroniczne

Następujące części wspólne są zwykle używane jako komponenty elektroniczne używane do samodzielnej produkcji najprostszej próbki SSR:

• transoptor MOS3083;
• marka triaka VT139-800;
• tranzystor bipolarny serii KT209;
• zestaw rezystorów oraz dioda Zenera i dioda LED służąca jako wskaźnik pracy przekaźnika.

Wymienione elementy elektroniczne są lutowane zawiasowo zgodnie ze schematem podanym w źródłach. Wraz z innymi komponentami zawiera kluczowy tranzystor, który dostarcza stabilizowane impulsy do diody sterującej pary transoptorów.

Moment dostawy ustala element LED, którego zastosowanie w obwodzie wykonawczym umożliwia kontrolę wzrokową.

Pod wpływem tych impulsów następuje chwilowe zadziałanie półprzewodnikowego triaka, wchodzącego w skład obwodu przełączanego. Zastosowanie pary transoptorów w takim obwodzie przełączającym umożliwia sterowanie stałymi potencjałami od 5 do 24 woltów.

Łańcuch ograniczający rezystora z diodą Zenera jest niezbędny do zmniejszenia amplitudy prądu przepływającego przez diodę LED i element sterujący do wartości minimalnej. Taka konstrukcja obwodu pozwala przedłużyć żywotność większości elementów użytych do budowy obwodu.

Konstrukcja nadwozia (wypełnienie masą)

Do produkcji korpusu prefabrykowanego produktu wymagana jest przede wszystkim płyta aluminiowa o grubości 3-5 mm, która posłuży jako podstawa do montażu elektronicznego. Rozmiary dobierane są dowolnie, pod warunkiem, że gwarantują dobre odprowadzanie ciepła do otoczenia. Kolejnym wymaganiem dla tej części jest dobrze obrobiona, absolutnie gładka powierzchnia, wypolerowana specjalnym narzędziem lub wyszlifowana na połysk.

W kolejnym etapie przygotowania korpusu płyta wybrana jako podstawa jest wyposażona w obrzeże wykonane z paska tektury naklejonego na obwodzie. W rezultacie otrzymasz małe pudełko zaprojektowane tak, aby pomieścić wcześniej zmontowany układ elektroniczny. Na jego podstawie tylko triak jest sztywno połączony z komponentami, wszystkie inne elementy są utrzymywane w korpusie własnymi połączeniami.

W celu podłączenia do obciążenia i zasilania odpowiednie przewody są wyprowadzane z pudełka.

W przyszłości niezawodne mocowanie całego zestawu zapewni płynna mieszanka wlewana do pudełka, przygotowana wcześniej w odpowiednim pojemniku. Po stwardnieniu otrzymujesz monolityczną strukturę, która nie ustępuje najlepszym wzorom przemysłowym pod względem ochrony przed wibracjami i innymi wpływami. Jego jedyną wadą jest brak możliwości demontażu w celu późniejszej naprawy obwodu.

Odmiany TTR

Podczas montażu obwodów przekaźników półprzewodnikowych własnymi rękami należy pamiętać, że do tych celów można użyć szerokiej gamy komponentów. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby osoba podejmująca pracę wybrała nowoczesne tranzystory polowe, na przykład charakteryzujące się dużą szybkością i niskim poborem mocy. Elementy te są kontrolowane tylko przez potencjały, zapewniając możliwość przełączania wystarczająco mocnych odbiorców. Struktury polowe, takie jak tranzystory MOSFET, są w stanie przełączać obwody obciążenia, w których moc sięga dziesiątek kW.

Do samodzielnej produkcji przekaźnika półprzewodnikowego można wybrać inne struktury półprzewodnikowe, które mogą sterować obwodami mocy: na przykład tyrystory lub tranzystory bipolarne. Najważniejsze, że spełniają wymagania dotyczące funkcjonalności tego obwodu i parametrów pracy zawartych w nim elementów. Wszystko inne zależy od przygotowania i uwagi wykonawcy.