Твердотельное реле ( SSR ) — это электронное коммутационное устройство , которое включается или выключается при подаче внешнего напряжения (переменного или постоянного тока) на его клеммы управления. Они выполняют ту же функцию, что и электромеханическое реле , но твердотельная электроника не содержит подвижных частей и имеет более длительный срок службы. Твердотельные реле были изобретены в 1971 году подразделением Crydom Controls компании International Rectifiers. [ необходим непервичный источник ] [1]
Твердотельные реле состоят из датчика, который реагирует на соответствующий вход (сигнал управления), электронного коммутационного устройства, которое переключает питание на схему нагрузки, и соединительного механизма, позволяющего сигналу управления активировать этот переключатель без механических частей. Они могут быть разработаны для переключения нагрузок переменного или постоянного тока . Корпусные ТТР используют силовые полупроводниковые приборы, такие как тиристоры и транзисторы , для переключения токов до ста ампер . ТТР имеют более высокую скорость переключения по сравнению с электромеханическими реле и не имеют физических контактов, которые могли бы изнашиваться. ТТР не способны выдерживать большую кратковременную перегрузку так, как электромеханическое реле, и имеют более высокое сопротивление «включения».
В цепях переменного тока реле SCR или симисторы по своей сути отключаются в точках пересечения нуля переменного тока, когда ток нагрузки равен нулю. Цепь никогда не будет прервана в середине пика синусоидальной волны, предотвращая большие переходные напряжения, которые в противном случае возникли бы из-за внезапного коллапса магнитного поля вокруг индуктивности. С добавлением детектора нулевой точки (и без нежелательной индуктивности цепи и результирующей обратной ЭДС ) отдельные SCR могут быть включены снова в начале новой волны. Эта функция называется переключением с нулевым пересечением или переключением с нулевым пересечением.
ТТР на основе одного МОП-транзистора или нескольких МОП-транзисторов в параллельном массиве может хорошо работать для нагрузок постоянного тока. МОП-транзисторы имеют встроенный диод подложки, который проводит ток в обратном направлении, поэтому один МОП-транзистор не может блокировать ток в обоих направлениях. Для работы в режиме переменного тока (двунаправленный) два МОП-транзистора располагаются спина к спине, а их выводы истока связаны вместе. Их выводы стока подключены к обеим сторонам выхода. Диоды подложки попеременно смещены в обратном направлении, чтобы блокировать ток, когда реле выключено. Когда реле включено, общий источник всегда находится на мгновенном уровне сигнала, а оба затвора смещены положительно относительно источника фотодиодом. [ неопределенно ]
Обычно предоставляется доступ к общему источнику, чтобы несколько MOSFET могли быть подключены параллельно при переключении нагрузки постоянного тока. Обычно предоставляется сеть для ускорения выключения MOSFET при удалении управляющего входа.
В твердотельных реле для коммутации постоянного тока могут использоваться полевые МОП-транзисторы или биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) .
Выбор подходящего типа твердотельного реле [2] важен, особенно когда приложение требует критического по времени включения/выключения без каких-либо изменений.
В приложениях, требующих критического по времени переключения вкл/выкл, следует использовать конструкции на основе транзисторов или МОП-транзисторов, поскольку они не подвержены внутренним колебаниям при переходе через ноль, которые характерны для устройств SCR или TRIAC.
Управляющий сигнал должен быть связан с управляемой цепью таким образом, чтобы обеспечить гальваническую развязку между двумя цепями.
Многие твердотельные реле используют оптическую связь. Управляющее напряжение активирует внутренний светодиод , который загорается и включает фоточувствительный диод (фотоэлектрический); ток диода включает встречно-параллельный тиристор ( TRIAC ), SCR или MOSFET для переключения нагрузки. Оптическая связь позволяет электрически изолировать схему управления от нагрузки.
Большинство относительных преимуществ твердотельных реле по сравнению с электромеханическими реле являются общими для всех твердотельных устройств по сравнению с электромеханическими устройствами.
Твердотельные реле характеризуются рядом параметров, включая требуемое активирующее входное напряжение, ток, выходное напряжение и ток, будь то переменный или постоянный ток, падение напряжения или сопротивление, влияющее на выходной ток, тепловое сопротивление , а также тепловые и электрические параметры для безопасной рабочей области (например, снижение номинальных характеристик в соответствии с тепловым сопротивлением при многократном переключении больших токов). Твердотельные реле также могут включать в себя аппаратное обеспечение перехода через ноль, чтобы включать или выключать напряжение только тогда, когда напряжение переменного тока равно нулю. Пропорциональные ТТР могут задерживать наступление напряжения после перехода через ноль, чтобы снизить выходной ток (управление фазовым углом).