Solid State Relay (TTR) ist ein Gerät aus einer Reihe elektronischer Komponenten mit nicht mechanischer Wirkung. Der Mangel an Mechanik eröffnet Elektronikliebhabern mehr Möglichkeiten, ein Halbleiterrelais mit eigenen Händen für den persönlichen Gebrauch herzustellen.
Betrachten Sie diese Möglichkeit genauer.
Das Design und Funktionsprinzip des TTR
Wenn der größte Teil dieser Elektronik traditionell bewegliche Teile von Kontaktgruppen enthält, hat ein Halbleiterrelais überhaupt keine solchen Teile. Das Schalten der Schaltung mit einer Vorrichtungsschaltung erfolgt nach dem Prinzip eines elektronischen Schlüssels. Und die Rolle elektronischer Schlüssel spielen normalerweise Halbleiter, die in den Körper des Relais eingebaut sind - Leistungstransistoren, Triacs, Thyristoren.
Bevor Sie versuchen, selbst ein Halbleiterrelais herzustellen, ist es logisch, sich mit dem grundlegenden Design solcher Geräte vertraut zu machen, um das Prinzip ihrer Funktionsweise zu verstehen.
Halbleiterrelais mit verschiedenen Konfigurationen werden von der Industrie hergestellt und für eine Vielzahl von praktischen Bedingungen ausgelegt. Eine große Auswahl an Modifikationen
Im Rahmen einer eingehenden Untersuchung des Geräts müssen sofort die Hauptaspekte des TTR hervorgehoben werden:
- Hochlastschaltung;
- hohe Schaltgeschwindigkeit;
- perfekte galvanische Trennung;
- Fähigkeit, hohe Überlastungen kurz zu halten.
Unter den mechanischen Strukturen ist es nicht wirklich möglich, ein Relais mit ähnlichen Parametern zu finden. Im Allgemeinen werden die Vorteile gegenüber mechanischen Gegenstücken von Halbleiterrelais durch eine beeindruckende Liste ausgedrückt.
Zwei elektronische Geräte, die funktional das Schalten von Schaltkreisen ermöglichen: Links wird ein Festkörperdesign hergestellt, rechts ein traditionelles mechanisches Schaltsystem
Die Betriebsbedingungen für TTR schränken die Verwendung dieser Geräte praktisch nicht ein. Darüber hinaus wirkt sich das Fehlen beweglicher mechanischer Teile günstig auf die Lebensdauer der Geräte aus. Es gibt also allen Grund, ein Halbleiterrelais in Angriff zu nehmen - das Gerät mit eigenen Händen zusammenzubauen.
Aus Gründen der Fairness sollten jedoch neben den positiven Aspekten auch die Eigenschaften des Relais beachtet werden, die als Fehler charakterisiert sind. Für den Betrieb leistungsfähiger Geräte ist daher in der Regel eine zusätzliche Komponente der Struktur erforderlich, die zur Wärmeabfuhr ausgelegt ist.
Beim Schalten einer starken Last werden Halbleiterrelais fast immer durch leistungsstarke Kühlkörper ergänzt. Dieser Punkt erschwert die Verwendung von TTR.
Festkörper-Relaiskühlkörper haben Abmessungen, die um ein Vielfaches größer sind als die Abmessungen des TTR, was den Komfort und die Rationalität der Installation verringert.
TTR-Geräte liefern während des Betriebs (im geschlossenen Zustand) einen Rückstrom und zeigen eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Nicht alle Halbleiterrelais können ohne Einschränkungen in den Eigenschaften der geschalteten Spannungen verwendet werden.
Design nur zur Verwendung in Stromkreisen, in denen die Stromversorgung über Gleichstrom erfolgt. Typischerweise zeichnen sich diese Geräte durch kleine Abmessungen und geringe Schaltleistung aus
Einige Gerätetypen schalten nur Gleichstrom. Die Implementierung von Halbleiterrelais in der Schaltung erfordert normalerweise zusätzliche Maßnahmen zur Blockierung von Fehlalarmen.
Halbleiterrelais befinden sich häufig in der allgemeinen Schalttafel einer Wohnung.
Wie funktioniert ein Halbleiterrelais?
Das Steuersignal (normalerweise eine Niederspannung, die beispielsweise von der Steuersteuerung ausgeht) wird der LED des in der TTR-Schaltung vorhandenen optoelektronischen Paares zugeführt. Die LED beginnt, Licht in Richtung der Fotodiode zu emittieren, die sich wiederum öffnet und Strom durchlässt.
Ein verallgemeinertes TTR-Schema, das deutlich zeigt, wie das elektronische Gerät funktioniert: 1 - Steuerspannungsquelle; 2 - Optokoppler im Relaisgehäuse; 3 - Stromquelle laden; 4 - laden
Der durch die Fotodiode fließende Strom gelangt zur Steuerelektrode des Schlüsseltransistors oder Thyristors. Der Schlüssel öffnet, schließt den Lastkreis.
So funktioniert die Geräteumschaltfunktion. Die gesamte Elektronik ist traditionell in einem monolithischen Gehäuse untergebracht. Tatsächlich wurde das Gerät daher als Halbleiterrelais bezeichnet.
Informationen zum Anschließen eines Halbleiterrelais finden Sie in diesem Material.
Halbleiterschalter
Die gesamte vorhandene Gerätepalette kann bedingt in Gruppen eingeteilt werden, basierend auf der Kategorie der angeschlossenen Last, den Merkmalen der Spannungsüberwachung und dem Schalten.
Somit werden insgesamt drei Gruppen gezogen:
- Geräte, die in Gleichstromkreisen arbeiten.
- Geräte, die in Wechselstromkreisen betrieben werden.
- Universelle Designs.
Die erste Gruppe besteht aus Geräten mit Parametern von Arbeitssteuerspannungen von 3 - 32 Volt. Dies ist eine relativ kleine Elektronik mit LED-Anzeigen, die bei Temperaturen von -35 / +75 ° C ohne Unterbrechung funktioniert.
Weit verbreitetes Design eines elektronischen Geräts zur Verwendung in einem einphasigen Stromnetz. Es werden auch andere Gestaltungsmöglichkeiten gefunden, jedoch viel seltener.
Die zweite Gruppe - Geräte zur Installation in Wechselstromnetzen. Hier sind die Entwürfe von TTR für die Installation in Wechselstromnetzen, die von einer Spannung von 24 - 250 Volt gesteuert werden. Es gibt Geräte, die Hochleistungslasten schalten können.
Die dritte Gruppe sind Universalgeräte. Die Schaltung dieses Gerätetyps unterstützt die manuelle Abstimmung für die Verwendung unter bestimmten Bedingungen.
Wenn Sie von der Art der angeschlossenen Last ausgehen, sollten Sie zwei Arten von Halbleiter-Wechselstromrelais unterscheiden: einphasig und dreiphasig. Beide Typen sind zum Schalten einer ausreichend starken Last bei Strömen von 10 - 75 A ausgelegt. Gleichzeitig können Spitzen-Kurzzeitstromwerte 500 A erreichen.
Eine weit verbreitete Version zur Verwendung in einem dreiphasigen Stromnetz. Wird häufig als Linearregler für leistungsstarke elektrische Heizgeräte (TEN) verwendet.
Kapazitive, ohmsche Induktionsschaltungen können als Last wirken, die durch Halbleiterrelais geschaltet wird. Durch das Design der Schalter können Sie beispielsweise Heizelemente, Glühlampen und Elektromotoren reibungslos und ohne unnötige Geräusche steuern.
Die Zuverlässigkeit ist ausreichend hoch. In vielerlei Hinsicht hängt die Stabilität und Haltbarkeit von Halbleiterrelais von der Qualität der Produktion ab. Geräte, die unter einer bestimmten Marke von Impuls hergestellt werden, sind daher häufig durch eine kurze Lebensdauer gekennzeichnet.
Die Produkte von Schneider Electric lassen dagegen keinen Raum für Kritik.
Wie mache ich eine TTR mit eigenen Händen?
Aufgrund des Konstruktionsmerkmals des Geräts (Monolith) wird die Schaltung nicht wie üblich auf einer Textolithplatte montiert, sondern auf einer Wandinstallation.
So sieht das selbstgemachte Halbleiterrelais-Design aus. So etwas ist einfach. Es werden nur die Grundkenntnisse eines Elektronikingenieurs und eines Elektrikers benötigt. Die Materialkosten sind gering
In dieser Richtung gibt es viele Schaltungslösungen. Die spezifische Option hängt von der erforderlichen Schaltleistung und anderen Parametern ab.
Elektronische Komponenten für die Schaltungsmontage
Die Liste der Elemente einer einfachen Schaltung für die praktische Entwicklung und Konstruktion eines Halbleiterrelais zum Selbermachen lautet wie folgt:
- Optokoppler Typ MOS3083.
- Triac Typ VT139-800.
- Transistor der Serie KT209.
- Widerstände, Zenerdiode, LED.
Alle diese elektronischen Komponenten werden durch Aufputzmontage gemäß folgendem Diagramm verlötet:
Schematische Darstellung eines Halbleiterrelais mit geringer Leistung für die DIY-Montage. Eine kleine Anzahl von Teilen und eine einfache Scharnierinstallation ermöglichen ein problemloses Löten der Schaltung
Aufgrund der Verwendung des Optokopplers MOS3083 in der Steuersignalerzeugungsschaltung kann die Eingangsspannung zwischen 5 und 24 Volt variieren.
Und aufgrund der Kette, die aus einer Zenerdiode und einem Begrenzungswiderstand besteht, wird der durch die Steuer-LED fließende Strom auf ein Minimum reduziert. Diese Lösung bietet eine lange Lebensdauer der Steuer-LED.
Überprüfen der zusammengebauten Schaltung auf Funktionsfähigkeit
Die zusammengebaute Schaltung muss auf Funktionsfähigkeit überprüft werden. Es ist nicht erforderlich, eine Lastspannung von 220 Volt über einen Triac an den Schaltkreis anzuschließen. Es reicht aus, ein Messgerät anzuschließen - einen Tester parallel zur Schaltleitung des Triac.
Überprüfen der Leistung eines Halbleiterrelais mit einem Messgerät. Wenn eine Steuerspannung an den Eingang des Geräts angelegt wird, muss der Triac-Übergang offen sein
Der Messmodus des Testers muss auf "mOhm" eingestellt sein und die Steuerspannungserzeugungsschaltung mit Strom (5-24 V) versorgen. Wenn alles richtig funktioniert, sollte der Tester den Widerstandsunterschied von "mOhm" bis "kOhm" anzeigen.
Monolithisches Gehäuse
Unter der Basis des zukünftigen Halbleiterrelaisgehäuses wird eine 3-5 mm dicke Aluminiumplatte benötigt. Die Abmessungen der Platte sind unkritisch, müssen jedoch die Bedingungen für eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem Triac erfüllen, wenn dieses elektronische Element erhitzt wird.
Rahmen zum Gießen des Gehäuses des zukünftigen Geräts. Hergestellt aus Pappstreifen oder anderen geeigneten Materialien. Es wird mit Universalkleber auf einem Aluminiumsubstrat befestigt.
Die Oberfläche der Aluminiumplatte sollte flach sein. Zusätzlich ist es notwendig, beide Seiten zu verarbeiten - mit einem feinen Schleifpapier abziehen, polieren.
In der nächsten Phase wird die vorbereitete Platte mit einer „Schalung“ ausgestattet - ein Rand aus dickem Karton oder Kunststoff wird um den Umfang geklebt. Es sollte eine Art Schachtel sein, die anschließend mit Epoxidharz gefüllt wird.
In der erstellten Box befindet sich eine elektronische Schaltung eines Halbleiterrelais, das von einem "Baldachin" zusammengebaut wird. Auf die Oberfläche der Aluminiumplatte wird nur ein Triac gelegt.
Befestigung des Triac auf einem Aluminiumsubstrat. Die Hauptbedingung ist, dass diese elektronische Komponente fest auf die Metallbasis gedrückt werden muss. Nur so kann eine qualitativ hochwertige Wärmeableitung und ein zuverlässiger Betrieb gewährleistet werden.
Keine anderen Schaltungsteile oder Leiter dürfen das Aluminiumsubstrat berühren. Der Triac wird von dem Teil des Gehäuses auf Aluminium aufgebracht, der für die Installation an einem Kühler vorgesehen ist.
Sie sollten eine wärmeleitende Paste auf der Kontaktfläche des Triac-Körpers und des Aluminiumsubstrats verwenden. Einige Marken von Triacs mit einer nicht isolierten Anode müssen über ein Glimmerpad installiert werden.
Die Möglichkeit, den Triac mit Nieten am Untergrund zu befestigen. Auf der Rückseite flacht der Niet bündig mit der Oberfläche des Substrats ab
Der Triac muss mit einem gewissen Gewicht fest auf die Basis gedrückt und mit Epoxidkleber um den Umfang gefüllt oder auf irgendeine Weise gesichert werden, ohne die Oberfläche der Rückseite des Substrats zu stören (z. B. Nieten).
Vorbereitung der Verbindung und Füllung des Körpers
Für die Herstellung eines Festkörpers eines elektronischen Geräts wird eine zusammengesetzte Mischung benötigt. Die Zusammensetzung der Verbindungsmischung basiert auf zwei Komponenten:
- Epoxid ohne Härter.
- Alabasterpulver.
Dank der Zugabe von Alabaster löst der Meister zwei Probleme gleichzeitig: Er erhält ein erschöpfendes Volumen der Füllstoffverbindung bei einem nominalen Verbrauch an Epoxidharz und erzeugt eine Füllung mit optimaler Konsistenz.
Die Mischung muss gründlich gemischt werden. Danach können Sie den Härter hinzufügen und erneut gründlich mischen. Montieren Sie anschließend die an der Wand montierte Installation vorsichtig mit der erstellten Verbindung im Karton.
So sieht eine fertige Instanz eines von Ihnen zusammengebauten Halbleiterrelais aus. Etwas ungewöhnlich und nicht sehr präsentabel, aber zuverlässig genug
Das Füllen erfolgt bis zur oberen Ebene, wobei nur ein Teil des Kopfes der Steuer-LED auf der Oberfläche verbleibt. Anfangs sieht die Oberfläche der Verbindung möglicherweise nicht vollständig glatt aus, aber nach einer Weile ändert sich das Bild. Es bleibt nur zu warten, bis sich der Gipsverband vollständig verfestigt hat.
In der Tat können Sie jede geeignete Gusslösung verwenden. Das Hauptkriterium ist, dass die Gusszusammensetzung nicht elektrisch leitend sein sollte und dass nach dem Erstarren ein guter Grad an Gusssteifigkeit gebildet werden sollte. Das geformte Gehäuse des Halbleiterrelais ist eine Art Schutz der elektronischen Schaltung vor versehentlichen physischen Schäden.
Dieses Video zeigt, wie und auf welcher Basis elektronische Komponenten ein Halbleiterrelais hergestellt werden können. Der Autor spricht klar über alle Details der Herstellungspraxis, die er persönlich bei der Herstellung des elektronischen Schalters kennengelernt hat:
Video über das Problem, auf das Sie möglicherweise stoßen, nachdem Sie eine einphasige TTR von Verkäufern aus China erworben haben. Führt unterwegs eine Art Überprüfung des Geräteschaltgeräts durch:
Die Selbstherstellung von Halbleiterrelais ist eine mögliche Lösung, jedoch in Bezug auf Produkte unter Niederspannungslast, die relativ wenig Strom verbrauchen.
Es ist schwierig, leistungsstärkere Hochspannungsgeräte mit eigenen Händen herzustellen. Und dieses finanzielle Unterfangen kostet den gleichen Betrag, wie die Fabrikkopie geschätzt wird. Bei Bedarf ist es daher einfacher, ein fertiges Industriegerät zu kaufen.
Wenn Sie Fragen zum Zusammenbau eines Halbleiterrelais haben, stellen Sie diese bitte im Kommentarfeld. Wir werden versuchen, Ihnen eine äußerst klare Antwort zu geben. Dort können Sie die Erfahrungen der Eigenproduktion von Relais teilen oder wertvolle Informationen zum Thema des Artikels liefern.