Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Виды твердотельных реле и схемы подключения

Разновидности твердотельных реле разделяют по следующим признакам:

По характеристикам напряжения управляющего сигнала постоянное или переменное, его величина;
По напряжению на линии коммутации, так же переменного или постоянного тока;
По количеству фаз, в цепях переменного тока, однофазные или трехфазные реле;
По схемам коммутации в трехфазных цепях могут быть варианты с реверсом и без него;
По конструкции корпуса, для монтажа на плоскую поверхность, на дин – рейку или универсальные.

В некоторых случаях в одном корпусе с реле устанавливаются инверторы напряжения, тогда на входе изделия переменное напряжение а на выходе получается постоянное или наоборот, в зависимости от назначения инвертора. Полупроводниковые реле способны коммутировать нагрузку в цепи с токами до сотен ампер.

Твердотельное реле для коммутации трехфазной цепи переменного тока

Такие изделия применяют для управления работой асинхронных электродвигателей с питанием 380/220В. С левой стороны две клеммы для подачи управляющего напряжения постоянного тока с указанием полярности, величина от 4 до 32 В.

На контакты R—S—T подключаются три фазы по 220В от РЩ, к клеммам U—V—W провода, идущие к электродвигателю. При кратковременной подаче управляющего напряжения постоянного тока 12 или 24В все три фазы замыкаются, и ток поступает на обмотки электродвигателя.

Существуют реле с более простой схемой коммутации одной фазы, для подключения осветительной системы, нагревательных приборов и другого оборудования с питанием от 220 В.

Такое реле коммутирует однофазные цепи, принцип действия аналогичный на контакты управления подается напряжение постоянного тока от 3 до 18 В, в результате чего открывается тиристор пропуская ток через коммутируемую фазу.

На корпусе указаны основные технические характеристики этой модели. Напряжение в цепи коммутации должно быть не более 240 А, токи нагрузки не более 2.5А.

Схем коммутации много вариантов это зависит от функционального назначения систем в которых они используются.

В данной схеме в цепи управления и коммутации используются напряжения с постоянным током. Такие варианты часто применяются в схемах электроснабжения автомобильного транспорта, где источником питания является аккумулятор.

Твердотельное реле своими руками

Детали и корпус

F1 – предохранитель на 100 мА.
S1 – любой маломощный переключатель.
C1 – конденсатор 0.063 мкФ 630 Вольт.
C2 – 10 – 100 мкФ 25 Вольт.
C3 – 2.7 нФ 50 Вольт.
C4 – 0.047 мкФ 630 Вольт.
R1 – 470 кОм 0.25 Ватт.
R2 – 100 Ом 0.25 Ватт.
R3 – 330 Ом 0.5 Ватт.
R4 – 470 Ом 2 Ватта.
R5 – 47 Ом 5 Ватт.
R6 – 470 кОм 0.25 Ватт.
R7 – варистор TVR12471, или подобный.
R8 – нагрузка.
D1 – любой диодный мост на напряжение не менее 600 Вольт, или собрать из четырёх отдельных диодов, например – 1N4007.
D2 – стабилитрон на 6.2 Вольта.
D3 – диод 1N4007.
T1 – симистор ВТ138-800.
LED1 – любой сигнальный светодиод.

Современная электротехника и радиоэлектроника всё больше отказывается от механических узлов, имеющих значительные размеры и подверженных быстрому износу. Одной из областей, где это проявляется сильнее всего, являются электромагнитные реле. Все прекрасно понимают, что даже самое дорогое реле, с платиновыми контактами, рано или поздно выйдет из строя. Да и щелчки при переключении могут напрягать. Поэтому промышленность наладила активный выпуск специальных твердотельных реле.

Такие твердотельные реле могут использоваться практически везде, однако в настоящее время они пока ещё остаются очень дорогими. Поэтому имеет смысл собрать его самому. Тем более их схемы просты и понятны. Твердотельное реле работает как стандартное механическое реле – вы можете использовать низкое напряжение для переключения более высокого напряжения.

Пока на входе не присутствует напряжение постоянного тока (в левой части схемы), фототранзистор TIL111 открыт. Чтобы повысить защищённость от ложных срабатываний, база TIL111 подается эмиттер через 1М резистор. На базе транзистора BC547B будет высокий потенциал и, таким образом, он остается открытым. Коллектор замыкает управляющий электрод тиристора TIC106M на минус, и он остается в закрытом положении. Через выпрямительный диодный мост ток не проходит и нагрузка отключена.

При определенном входном напряжении, скажем, 5 вольт, диод внутри TIL111 загорается и активирует фототранзистор. Происходит закрытие транзистора BC547B и отпирание тиристора. Это создает достаточно большое падение напряжения на резисторе 330 Ом для переключения симистора TIC226 во включенное положение. Падение напряжение на симисторе в тот момент всего несколько вольт, так что практически всё напряжение переменного тока течёт через нагрузку.

Симистор защищен от импульсов через 100 нФ конденсатор и 47 ом резистор. Чтобы создать возможность устойчивого переключения твердотельного реле с различными управляющими напряжениями, был добавлен полевой транзистор BF256A. Он действует как источник тока. Диод 1N4148 установлен, чтобы защитить цепь в случае неправильной полярности. Эта схема может быть использована в различных устройствах, с мощностью до 1,5 КВт, конечно если вы установите тиристор на большой радиатор.

Отличия и плюсы твердотельных реле (в сравнении с электромеханическими)

При выборе ТТР у покупателя возникает ряд вопросов — зачем переплачивать за твердотельное реле, в чем его преимущества перед стандартными электромеханическими устройствами. Выделим главные плюсы:

Небольшие габариты, что исключает проблемы с поиском места для монтажа.
Отсутствие шума и вибрации

Это важно, если устройство устанавливается в помещениях, где находятся люди.
Высокая скорость коммутации.
Продолжительный ресурс, обусловленный отсутствием износа механической и электрической части.
Постоянное выходное сопротивление, которое не меняется в течение срока эксплуатации. Кроме того, контактные группы не подвержены окислительным процессам.
Нет резких изменений напряжения в процессе переключения.
Нет искр, что расширяет сферу применения

Его установка допускается на объектах, где имеются повышенные риски взрывов и появления пожара.
Низкая чувствительность к внешним факторам, к примеру, появлению магнитных полей, вибрациям, повышенному уровню пыли или магнитным полям.
Высокий уровень сопротивления между выходом и входом.
Низкое потребление энергии.
Большое число коммутаций, которое не ограничивается производителем. В реальности оно достигает 109.

Войти на сайт

Включаем габариты или ближний свет, ДХО тухнут.

Первая группа контактов замыкает цепь, где имеется контрольная лампочка, расположенная на панели приборов. Подключение контактов осуществляется по принципу обычного выключателя, то есть последовательно с лампочкой. Для управления реле блокировки можно использовать секретную кнопку, пару геркон-магнит или штатный орган управления выдающий сигнал управления положительной полярности при включенном зажигании например силовой сигнал на стеклоподъёмнике или обогрев заднего стекла.

Принцип работы электронного реле очень простой. Пока оценок нет.

Данные недостатки устраняются путем замены штатного прибора на электронную конструкцию. Это связано с особенностями дугообразования при коммутации разных электроцепей. А чисто противотуманки можешь подключить через обычное реле.

Статья по теме: Глубина прокладки кабеля

А это собственно и сама схема подключения стандартного 4-х контактного реле:

Питание на него подается блоком управления двигателем дальше — компьютером и, чтобы дорожки платы компьютера выдержали ток, потребляемый насосом, их пришлось бы делать чересчур мощными. В этом случае, вы имеете право установить ДХО без каких-либо согласований с сертифицирующими органами. Белые точки — пробой нагара искрой при подключении потребителя, через эти места ответный контакт может привариваться, оставляя подключенным потребитель.

Силовые реле, импортные и отечественные, выполняют одинаковую функцию. Именно на него надо подавать напряжение для питания потребителей; Контакты 87 и 87А — контакты присоединения потребителей. Кроме этого, в отдельных случаях, реле позволяет экономить на проводах. Это будет расцениваться как внесение изменений в конструкцию транспортного средства.

Они являются составными элементами задающего генератора и цепей управления. У вас нет возможности отключить ДХО до тех пор, пока вы не вытащите ключ из замка зажигания. Частота мигания не зависит от мощности лампочек, поэтому в схему можно включать светодиодные, галогенные и другие лампы.

Обычно реле имеет 5 контактов бывают и 4-хконтактные и 7-ми и т. Варианты схемных решений подключения реле. Схема реле содержащее диод и подключение его обмотки: При подаче напряжения на контакты управления реле срабатывает и замыкает или размыкает электрическую цепь силовыми контактами. После того, как вы поймете принцип работы этого несложного устройства, разобраться с его подключением будет гораздо легче. Работа реле основана на работе магнитного поля. Схема подключения 4х контактного реле

Реверсивные твердотельные реле

Существуют также специальные трехфазные твердотельные реле для реверса двигателей, у которых два управляющих входа.

Пример включения трехфазного реле – на фото ниже:

Включение трехфазного твердотельного реле

Как видно, реле не совсем трехфазное, одна фаза подается на двигатель постоянно, что может стать причиной опасности.

На корпусе реле напечатана его схема включения, где всё понятно. Реле реверсивное, и у него два входа – Forward и Reverse (Вперёд/Назад). Для реверса фазы L1 и L2 меняются местами.

Важно – внутри реле нет блокировки от одновременного включения в обоих направлениях, и ее надо обеспечить аппаратно (блокировочные контакты кнопок/реле) и программно (если управление – от контроллера). Если это не предусмотреть, то вероятна ситуация, когда силовые выходы 1, 2, 3, 4 будут замкнуты накоротко

Твердотельное реле своими руками

Твердотельное реле (ТТР) или Solid State Relay (SSR) — это электронные устройства, которые выполняют те же самые функции, что и электромеханическое реле, но не содержит движущихся частей. Серийные твердотельные реле используют технологии полупроводниковых устройств, таких как тиристоры и транзисторы.

То есть вместо подвижных контактов в ТТР используются электронные полупроводниковые ключи, в которых цепи управления имеют гальваническую развязку с силовыми, коммутируемыми цепями. Благо сейчас переключательных полевых транзисторов приобрести нет никаких проблем. Таким образом, для построения твердотельного реле нам потребуется MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) транзистор, русский эквивалент термина — МОП-транзистор или полевой транзистор с изолированным затвором, и оптрон. На страницах сайта есть статьи, посвященные транзисторным ключам с оптической изоляцией – «Транзисторный ключ переменного тока»

В данной статье рассмотрен ключ для коммутации переменного тока. Используя SMD компоненты по этой схеме можно изготовить ТТР переменного тока. Часть деталей монтируется на печатной плате, которая крепится к алюминиевой положке. Транзисторы устанавливаются на подложку через слюдяные прокладки. Конденсатор С1 лучше брать или танталовый или керамический. Его емкость можно уменьшить. Еще одна статья – «Транзисторный ключ с оптической развязкой»

В этой схеме к качестве коммутирующих транзисторов используются биполярные транзисторы разных структур.

Есть еще одна схема гальванически развязанного ключа на моп-транзисторе с защитой от предельного тока нагрузки. О нем шла речь в статье «Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе»

Все это хорошо, если напряжения, с которыми работают ТТР реализованные на MOSFET, позволяют управлять этими полевыми транзисторами. А как быть с коммутацией напряжения, например 3,3 вольта. Для открывания полевого транзистора этого напряжения явно не достаточно. Нужен какой-то преобразователь, способный поднять напряжение управления хотя бы до пяти вольт. Классический импульсный преобразователь использовать для реле – слишком громоздко. Но есть другие преобразователи – оптические, например — TLP590B.

Использование андруино

Для расширения возможностей и сфер применения твердотельных реле широко используют универсальные платы с процессором андруино, которые позволяют управлять переключением самых разных устройств. Это тот случай, когда сигнал управления 3-5В, процессор подключается к компьютеру, с соответствующим программным обеспечением которое управляет работой твердотельных реле, посылая на вход сигналы управления.

Программное обеспечение можно корректировать самостоятельно, методика С++ не сложная, доступна для обычного обывателя не имеющего специального образования программиста и навыков в электронике. Эта тема требует отдельного детального рассмотрения. Управление осуществляется работой различных устройств:

Замыканием кнопки пуска любого устройства (звонка, освещения, звуковой сигнализации);
Поворотом устройства приводов;
Включением электромоторов;
Включением датчиков освещения;
При пресечении лазерного луча в охранных системах сигнализации;
Срабатывание датчиков движения;
Датчики температур, управляющие отопительной системой;
Отправлять сигналы на другой андруино и много других функций.

Все варианты применения этого устройства трудно описать, плата с процессором может содержать 1 — 4 – 8 и больше каналов. Коммутация может программироваться по времени или управляться с клавиатуры ПК.Для упрощения монтажа можно использовать универсальную панель, на которой можно собирать схемы любой коммутации без пайки, через разъемы с пружинными зажимами.Более сложная система, включающая в себя центральный контролер, позволяет контролировать и управлять бытовыми приборами, на базе андруино можно создать самостоятельно комплекс «Умный дом».

Конструктивные особенности

В основе твердотельного реле лежит электронная плата, в состав которой входит три главных элемента — узлы управления и развязки, а также силовой ключ. В роли силовых элементов применяются такие детали:

Для постоянного I — транзисторы полевого типа, простые транзисторы, модульные элементы класса IGBT, а также MOSFET-транзисторы.
Для переменного I — сборки на базе тиристоров, а также симисторы.

Развязка цепи обеспечивается оптронами — изделиями, состоящими из излучающего и принимающего свет устройства. Между ними установлен диэлектрик, имеющий прозрачную структуру.

Управляющий узел выполнен в виде стабилизирующей схемы, обеспечивающей оптимальные уровни тока и напряжения для излучающего свет элемента. Напряжение на входе схемы должно быть от 70 до 280 Вольт.

Что касается напряжения нагрузки, его величина — до 480 Вольт. Расположение электроприбора (до или после ТТР) не имеет значения.

Как правило, устройство монтируется после нагрузки с последующим подключением к «земле». При таком варианте схемы удается защитить внутренние элементы от протекания тока КЗ (он потечет через заземляющий провод).

Недостатки

Кроме положительных качеств твердотельных реле, стоит выделить и ряд недостатков:

В открытом виде происходит нагрев изделия из-за высокого сопротивления в цепи p-n перехода. Чтобы избежать негативных последствий в приборах, пропускающих через себя повышенные токи, требуется предусмотреть охлаждение.
В закрытом виде сопротивление увеличивается, и появляется обратный ток утечки (измеряется в мА).
При съеме вольтамперной характеристики заметен ее нелинейный характер.
Некоторые виды твердотельных реле требуют строго соблюдения полярности при подключении выходных цепей. Это касается тех приборов, которые рассчитаны на работу в условиях постоянного тока.
В случае поломки высок риск перекрытия контактов на входе. Причиной может стать пробой силового ключа. Для сравнения контакты классических реле (при выходе из строя) остаются в разомкнутом виде.
Требуется защита от ошибочных срабатываний, вызванных бросками напряжения. Это обусловлено высокой скоростью срабатывания.
Твердотельные реле пропускают ток по обратному пути с небольшой задержкой, что обусловлено применением полупроводниковых элементов в схеме.

Как сделать ТТР своими руками?

Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.

Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.

Электронные компоненты для сборки схемы

Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:

Оптопара типа МОС3083.
Симистор типа ВТ139-800.
Транзистор серии КТ209.
Резисторы, стабилитрон, светодиод.

Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:

Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.

А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.

Проверка собранной схемы на работоспособность

Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.

Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».

Устройство монолитного корпуса

Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.

Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.

На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.

Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.

Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.

Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.

Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).

Приготовление компаунда и заливка корпуса

Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:

Эпоксидная смола без отвердителя.
Порошок алебастра.

Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.

Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.

Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.

По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.

Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками

Виды твердотельных реле и схемы подключения