SSR ou relés de estado sólido são interruptores elétricos de alta potência que funcionam sem envolver contatos mecânicos, em vez disso, usam semicondutores de estado sólido como MOSFETs para comutar uma carga elétrica.

SSRs podem ser usados para operar cargas de alta potência, por meio de uma pequena tensão de disparo de entrada com corrente desprezível.

Esses dispositivos podem ser usados para operar cargas CA de alta potência, bem como Cargas DC .

Relés de estado sólido são altamente eficientes em comparação com o relés eletromecânicos devido a alguns recursos distintos.

Principais características e vantagens do SSR

As principais características e vantagens dos relés de estado sólido ou SSRs estamos:

SSRs podem ser construídos facilmente usando um número mínimo de peças eletrônicas comuns
Funcionam sem qualquer tipo de som de clique devido à ausência de contatos mecânicos.
Ser de estado sólido também significa que os SSRs podem alternar em uma velocidade muito mais rápida do que os tipos eletromecânicos tradicionais.
Os SSRs não dependem de alimentação externa para ligar, em vez disso, extraem a alimentação da própria carga.
Eles funcionam com corrente desprezível e, portanto, não drenam a bateria em sistemas operados por bateria. Isso também garante corrente ociosa insignificante para o dispositivo.

Conceito básico de trabalho de SSR usando MOSFETs

Em um de meus posts anteriores, expliquei como um MOSFET baseado interruptor bidirecional pode ser usado para operar qualquer carga elétrica desejada, assim como um padrão interruptor mecânico , mas com vantagens excepcionais.

O mesmo conceito de switch bidirecional MOSFET pode ser aplicado para fazer um dispositivo SSR ideal.

Para um SSR baseado em Triac, consulte para este post

Design SSR básico

conceito básico de design SSR de relé de estado sólido

No projeto SSR básico mostrado acima, podemos ver um par de MOSFETs T1 e T2 adequadamente classificados conectados costas com costas com sua fonte e terminais de porta unidos em comum um com o outro.

D1 e D2 são os diodos do corpo interno dos respectivos MOSFETs, que podem ser reforçados com diodos paralelos externos, se necessário.

Uma fonte de entrada CC também pode ser vista conectada aos terminais de porta / fonte comuns dos dois MOSFETs. Esta fonte é usada para acionar os MOSFETs LIGADOS ou para habilitar o interruptor permanente LIGADO para os MOSFETs enquanto a unidade SSR está operacional.

“explicação do diagrama da usina nuclear ”

A alimentação CA, que pode atingir o nível da rede elétrica e a carga, são conectadas em série através dos dois drenos dos MOSFETs.

Como funciona

O funcionamento do relé de estado vendido proposto pode ser entendido por referência ao seguinte diagrama e os detalhes correspondentes:

Com a configuração acima, devido à alimentação da porta de entrada conectada, T1 e T2 estão ambos na posição LIGADA. Quando a entrada CA do lado da carga é LIGADA, o diagrama esquerdo mostra como o meio ciclo positivo conduz através do par MOSFET / diodo relevante (T1, D2) e o diagrama do lado direito mostra como o ciclo CA negativo conduz através do outro MOSFET / par de díodos (T2, D1).

No diagrama à esquerda, encontramos um dos semiciclos AC passa por T1 e D2 (T2 sendo polarizado reversamente) e, finalmente, completa o ciclo por meio da carga.

O diagrama do lado direito mostra como o outro meio ciclo completa o circuito na direção oposta, conduzindo através da carga, T2, D1 (T1 sendo polarizado reverso neste caso).

Desta forma, os dois MOSFETs T1, T2 junto com seus respectivos diodos de corpo D1, D2, permitem que ambos os semiciclos da CA sejam conduzidos, alimentando a carga CA perfeitamente e cumprindo o papel do SSR com eficiência.

Criação de um circuito SSR prático

Até agora aprendemos o projeto teórico de um SSR, agora vamos seguir em frente e ver como um módulo de relé de estado sólido prático poderia ser construído, para comutar uma carga CA de alta potência desejada, sem nenhuma entrada CC externa.

O circuito SSR acima é configurado exatamente da mesma maneira que foi discutido no projeto básico anterior. No entanto, aqui encontramos dois diodos adicionais D1 e D2, junto com os diodos do corpo do MOSFET D3, D4.

Os diodos D1, D2 são introduzidos para um propósito específico, de modo que formam uma ponte retificadora em conjunto com os diodos do corpo MOSFET D3, D4.

O minúsculo botão liga / desliga pode ser usado para ligar / desligar o SSR. Este switch pode ser um switch reed ou qualquer switch de baixa corrente.

“como fazer uma bobina de indução ”

Para comutação de alta velocidade, você pode substituir o interruptor por um opto-acoplador como mostrado abaixo.

Em essência, o circuito agora preenche 3 requisitos.

Ele alimenta a carga CA por meio da configuração MOSFET / Diode SSR.
A ponte retificadora formada por D1 --- D4 converte simultaneamente a entrada CA da carga em CC retificada e filtrada, e esta CC é usada para polarizar as portas dos MOSFETs. Isso permite que os MOSFETs sejam LIGADOS apropriadamente através da própria carga CA, sem depender de qualquer CC externo.
A CC retificada é ainda terminada como uma saída CC auxiliar que pode ser usada para alimentar qualquer carga externa adequada.

Problema de circuito

Uma análise mais detalhada do design acima sugere que esse design SSR pode ter problemas para implementar a função pretendida de forma eficiente. Isso porque, no momento em que a CC de chaveamento chegar na porta do MOSFET, ela começará a ligar, causando um bypass da corrente pelo dreno / fonte, esgotando a tensão porta / fonte.

Vamos considerar o MOSFET T1. Assim que a CC retificada começar a alcançar a porta de T1, ela começará a LIGAR à direita por volta de 4 V em diante, causando um efeito de desvio da alimentação por meio de seus terminais de dreno / fonte. Durante este momento, o DC vai lutar para subir através do diodo zener e começar a cair para zero.

Isso, por sua vez, fará com que o MOSFET seja DESLIGADO e o tipo de luta paralela contínua ou cabo de guerra ocorrerá entre o dreno / fonte do MOSFET e a porta / fonte do MOSFET, impedindo o SSR de funcionar corretamente.

A solução

A solução para o problema acima pode ser obtida usando o seguinte exemplo de conceito de circuito.

O objetivo aqui é garantir que os MOSFETs não conduzam até que um 15 V ótimo seja desenvolvido através do diodo zener ou através da porta / fonte dos MOSFETs

O amplificador operacional garante que sua saída dispare apenas uma vez que a linha CC cruze o limite de referência do diodo zener de 15 V, o que permite que as portas MOSFET obtenham 15 V CC ideal para a condução.

A linha vermelha associada ao pino 3 do IC 741 pode ser alternada por meio de um optoacoplador para a comutação necessária de uma fonte externa.

Como funciona : Como podemos ver, a entrada inversora do amplificador operacional está ligada ao zener 15V, que forma um nível de referência para o amplificador operacional pin2. O Pin3, que é a entrada não inversora do amplificador operacional, está conectado com a linha positiva. Esta configuração garante que a saída do pino 6 do amplificador operacional produza uma alimentação de 15 V apenas quando a tensão do pino 3 atingir a marca de 15 V. A ação garante que os MOSFETs conduzam apenas através de uma tensão de porta ideal de 15 V válida, permitindo um funcionamento adequado do SSR.