วงจรสมมูลของโซลิดสเตตรีเลย์


17

ฉันต้องการสลับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ 50V กระแสไฟที่ไหลออกสูงสุดจะเป็น 5A ความถี่คือ 50Hz ความเร็วในการสับเปลี่ยนไม่สำคัญสามารถช้าได้จริงไม่มีปัญหาในแอปพลิเคชันของฉัน

ฉันต้องการใช้โซลิดสเตตรีเลย์ในตอนแรกเพื่อจุดประสงค์นี้ แต่ทันทีที่ฉันเริ่มค้นหา SSR ฉันเห็นว่าราคาของพวกเขาสูงเกินไป สำหรับโซลูชันอื่นที่มีราคาถูกกว่าฉันต้องการใช้ทรานซิสเตอร์ MOSFET (อาจเป็นประเภททรานซิสเตอร์ที่แตกต่างกันเช่นกัน) แทนที่จะใช้โซลิดสเตตรีเลย์

คุณช่วยแนะนำวงจรสมมูล MOSFET ของโซลิดสเตตรีเลย์ด้วยสเปคที่ฉันให้ไว้ข้างต้นได้หรือไม่?

คำตอบ:


15

สามวิธีในการสร้าง SSR มีดังนี้:

สองคนแรกใช้ FETs และสามารถปิดและเปิดตลอดวงจร AC ได้ตามต้องการ จำเป็นต้องทำความเข้าใจการเปลี่ยนความเร็ว เวอร์ชันประตูลอยมีค่าคงที่เวลา RC ที่ควบคุมการเปิดปิดเว้นแต่จะได้รับการดูแลเป็นพิเศษเพื่อหลีกเลี่ยง

วงจร TRIAC จะเปิดเมื่อมีการยิงและดับที่จุดข้ามศูนย์ถัดไป สามารถยิงได้ทันทีที่การข้ามศูนย์ผ่าน แต่ไม่สามารถปิดได้อีกจนกว่าจะถึงการข้ามศูนย์ครั้งต่อไป ดังนั้นคุณสามารถรับทั้งครึ่งรอบหรือครึ่งรอบส่วนขยายจากจุดยิงถึงจุดสิ้นสุดของรอบครึ่งนั้น โหลดอุปนัยซับซ้อนนี้เล็กน้อย แต่อยู่นอกการสนทนาขั้นพื้นฐาน

(1) วาง MOSFET ภายใน 4 diode bridge เป็น "load" อินพุต AC to bridge AC คือ "shorted" = เปิดสำหรับ AC เมื่อ FET อยู่ที่ Gate กำลังลอยดังนั้นคุณจำเป็นต้องรับแรงดันไฟฟ้าไปที่เกต ไม่ยาก แต่ต้องคิด แผนภาพหยาบ - ดีกว่านี้ทีหลัง ทรานซิสเตอร์ที่แสดงที่นี่เป็นสองขั้ว แต่ MOSFET ทำงานได้เหมือนกัน MOSFET เห็น DC เสมอ โหลดเห็นการสลับ AC ประตูรั้วที่มีออปโต ได้รับพลังงานจากตัวต้านทานเช่นป้อนจากท่อระบายน้ำไปที่ฝาอ่างเก็บน้ำเพื่อขับเคลื่อนเกทผ่านออปโต

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


(2) สองตัวอย่างเช่น N channel MOSFET ในซีรีย์ - เชื่อมต่อแหล่งที่มากับแหล่งที่มาและเกตไปยังเกต อินพุตเป็น 2 x ท่อระบายน้ำ ขับ gate + ve ไปยังแหล่งที่มาเพื่อเปิด ประตูไปยังแหล่งที่จะปิด อีกครั้งประตูและแหล่งกำเนิดลอยตัวดังนั้นคุณจำเป็นต้องขับรถไปหาพวกเขา แต่ไม่ยากเพียงแค่ต้องการความคิด

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


แผนภาพวงจรด้านล่างแสดงตัวอย่างของการใช้งานจริงของหลักการนี้
โปรดทราบว่า FET เป็นทั้ง N-Channel และแหล่งที่มาของ FET ทั้งสองเชื่อมต่อกันและประตูของ FET ทั้งสองเชื่อมต่อกัน วงจรนี้ใช้งานได้เนื่องจาก MOSFETS เป็นอุปกรณ์ Quadrant สองตัว - นั่นคือ NET FET สามารถเปิดใช้งานได้โดยเกตเชิงบวกที่เป็นแหล่งกำเนิด นั่นหมายความว่า FET สามารถดำเนินการ "ย้อนกลับ" ถ้าขับในลักษณะปกติ FETS สองชุดจำเป็นต้องเชื่อมต่อใน "anti series" (ขั้วสัมพัทธ์ตรงกันข้าม) เนื่องจาก "body diode" ในแต่ละ FET ซึ่งดำเนินการเมื่อ FET มีอคติตรงข้ามกับปกติ หากมีการใช้ FET เพียงครั้งเดียวมันจะดำเนินการเมื่อปิด FET เมื่อท่อระบายน้ำเป็นค่าลบเมื่อเทียบกับแหล่งที่มา

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

โปรดทราบว่า "การแยก" และการเลื่อนระดับของสัญญาณเปิด / ปิดไปที่ประตูลอยตัวทำได้โดยตัวเก็บประจุ 2 x 100 pF พิจารณาวงจรที่ถูกต้องว่าเป็นไปได้ที่ไฟเมน ทางด้านขวา 74C14 สร้างตัวออสซิลเลเตอร์ที่ประมาณ 100 kHz และอินเวอร์เตอร์สองตัวระหว่างกันนั้นให้ไดรฟ์ขั้วตรงข้ามผ่านตัวเก็บประจุ 2 ตัวไปยังไดโอด 4 ตัวซึ่งเป็นรูปแบบวงจรเรียงกระแสแบบบริดจ์ วงจรเรียงกระแสให้ไดรฟ์ DC ไปที่ประตู FET ลอย ความจุของเกทน่าจะประมาณ ~ ไม่กี่ nF และสิ่งนี้จะถูกปล่อยทิ้งโดย R1 เมื่อสัญญาณไดรฟ์ถูกลบ ฉันเดาว่าการลบไดรฟ์จะเกิดขึ้นในสิบวินาที แต่ทำการคำนวณด้วยตัวคุณเอง

วงจรมาจากที่นี่และบันทึก

  • วงจรนี้ใช้แพ็คเกจอินเวอร์เตอร์ C-MOS ราคาไม่แพงและตัวเก็บประจุขนาดเล็กสองสามตัวเพื่อขับทรานซิสเตอร์พลังงาน MOS สองตัวจากแหล่งจ่ายไฟ 12v ถึง 15v เนื่องจากค่าตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้งที่ใช้ในการขับเคลื่อน FET นั้นมีขนาดเล็กกระแสไฟรั่วจากสายไฟเข้าสู่วงจรควบคุมจึงมีขนาดเล็ก 4uA ต้องใช้ DC ประมาณ 1.5mA เพื่อเปิดและปิด 400 วัตต์ของไฟ AC หรือ DC ไปยังโหลด

(3) วงจร TRIAC

คุณพูดถึง MOSFET โดยเฉพาะ
TRIAC ยังใช้กันทั่วไปใน AC SSRs
ด้านล่างเป็นวงจร TRIAC ทั่วไป
L1 อาจไม่สามารถใช้ได้
C1 & R6 ในรูปแบบ "snubber" และค่าขึ้นอยู่กับลักษณะของโหลด

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่


5A x 2 diode drop = 1 สะพานที่ร้อน เคล็ดลับเรียบร้อยแค่ไม่แน่ใจว่าฉันต้องการที่จะผลักดันทุกอย่างที่เป็นปัจจุบันผ่านมัน อย่างไรก็ตาม +1 กับคุณ
JustJeff

ฉันคิดว่าสิ่งนี้ควรแบ่งออกเป็นหลายคำตอบ
endolith

5
@endolith - คำถามที่จริงจัง - ทำไมต้องแยกกัน ทั้งหมดนี้อยู่ในหัวข้อของเขาและเป็นแหล่งข้อมูลเดียวสำหรับผู้อื่น
รัสเซลแม็คมาฮอน

@Russell McMahon: ขอบคุณมากสำหรับความพยายามของคุณในการเขียนคำตอบยาว ๆ วงจรของฉันจะสลับแรงดันไฟฟ้าที่ขดลวดทุติยภูมิของหม้อแปลง แรงดันไฟฟ้านี้จะถูกเปลี่ยนเป็นฟิลเตอร์ (ตัวเก็บประจุ) โดยตรงจากนั้นไปยังสเตจควบคุม ในวงจรของคุณ (1) ฉันสามารถใช้ PNP BJT หรือ MOSFET แบบ P-channel และเชื่อมต่อตัวเก็บประจุตัวกรอง (และตัวควบคุมเฟสขนานกับมัน) ที่ด้านล่างได้หรือไม่ ในวงจรของคุณ (2) คุณหมายถึงอะไร "ประตูกำลังลอย" การขับเกตมองไปที่ฉัน ฉันควรปรับปรุงวงจรอะไรดี ขอบคุณอีกครั้งและขอขอบคุณล่วงหน้า
hkBattousai

1
@RussellMcMahon: เพราะมีวิธีแก้ไขปัญหาที่แตกต่างกันหลายอย่างที่นี่ พวกเขาควรอยู่ในคำตอบที่แตกต่างกันเพื่อให้เราสามารถลงคะแนนแต่ละคนขึ้นหรือลงและแสดงความคิดเห็นในแต่ละอิสระ
endolith

8

โซลิดสเตตรีเลย์เป็นออปโตคู่กลับไปด้านหลัง SCR ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด คุณสามารถทำซ้ำได้ด้วยตัวเอง แต่มันก็ยุ่งหน่อย เนื่องจากรีเลย์โซลิดสเตตนั้นแยกได้ opto ด้านเอาท์พุทสามารถลอยได้ด้วยความเคารพด้านอินพุทเหมือนกับรีเลย์จริง

ถ้าคุณต้องการความเหงาจริงๆมันก็ซับซ้อนที่จะทำด้วยตัวเอง คุณบอกว่าการเปลี่ยนความเร็วต่ำดังนั้นทำไมไม่ถ่ายทอดกลปกติ?

หากคุณไม่ต้องการความเหงาก็มีความเป็นไปได้หลายอย่าง หนึ่งคือการใช้ triac และควบคุมโดยตรงจากวงจรของคุณ สำหรับรายละเอียดเราจำเป็นต้องทราบเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการอ้างอิง 50V AC (หรือไม่) กับแหล่งจ่ายไฟที่คุณมีอยู่


5A, 50V และไม่เร็วมาก? ฉันเห็นด้วยอย่างน้อยก็ควรพิจารณาเรื่องของกลไก
JustJeff

6

คุณขวาอย่าง SSRs มีราคาแพง ทางเลือกที่ง่ายที่สุดคือการม้วนของคุณเองโดยใช้ opto-triac + power triac:

แผนผัง SSR

ค่าใช้จ่ายนี้น้อยกว่า SSR ที่เทียบเท่า 80%

MOC3041 สวิตช์ที่การข้ามศูนย์ของแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้เป็นประโยชน์ หากคุณไม่ต้องการสิ่งนั้น MOC3051 เป็น opto-triac switching แบบสุ่ม ข้อเสียของการใช้ triac อาจเป็นเพราะมีแรงดันไฟฟ้าตกเพียงไม่กี่โวลต์และเมื่อแรงดันไฟฟ้าเป็นสวิตช์เพียง 50V การสูญเสียจะเปรียบเทียบได้มากกว่าเช่น 230V
MOSFET ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบการสลับอาจฟังดูเป็นความคิดที่ดีกว่า แต่ถ้าคุณใช้มันในสะพานเหมือนในโซลูชันของรัสเซลคุณจะมีแรงดันไฟฟ้าตกเท่าเดิม แต่คราวนี้ข้ามไดโอด

ทางออกที่ดีที่สุดเกี่ยวกับการลดลงของแรงดันไฟฟ้าดีเก่ารีเลย์ไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับชนิดของการโหลดคุณจะต้องderateการถ่ายทอดเพื่อให้การเปลี่ยน 5A คุณอาจต้องรุ่น 16A ราคาสำหรับรีเลย์ 16A นั้นเปรียบได้กับ DIY SSR


ทำไมเราถึงใช้วงจรที่ซับซ้อนเช่นนี้แทนที่จะใช้ triac? สำหรับการแยกไฟฟ้าระหว่างสัญญาณควบคุมและวงจรที่จะควบคุม? มีเหตุผลอื่นอีกไหม?
hkBattousai

3
μ

โปรดทราบว่าข้อกำหนดขั้นต่ำของไดรฟ์สำหรับออปโตดังกล่าวจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดไม่เช่นนั้นอาจไม่สามารถเปลี่ยนได้ การออกแบบควรตรงตามรายละเอียดเคสที่เลวร้ายที่สุดเสมอ แต่บางครั้งสิ่งต่าง ๆ ก็ใช้งานได้เมื่อคุณไม่ต้องการ ในกรณีนี้ความแตกต่างอาจต่ำกว่าระดับไดรฟ์ที่ต้องการ 100%
รัสเซลแมคมาฮอน
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.