Circuito de relé de estado sólido (SSR) de 220 V con Triac y OptoCoupler

Un relé de estado sólido de red de CA o SSR es un dispositivo que se utiliza para conmutar cargas de CA pesadas a nivel de la red, a través de disparadores de voltaje CC mínimos aislados, sin incorporar contactos mecánicos móviles.

En esta publicación, aprendemos cómo construir un relé de estado sólido simple o un circuito SSR usando un Triac, BJT, un optoacoplador de cruce por cero.

Ventaja de SSR de estado sólido sobre relés mecánicos

Los relés de tipo mecánico pueden ser bastante ineficientes en aplicaciones que requieren una conmutación muy suave, muy rápida y limpia.

El circuito propuesto de un SSR puede construirse en casa y usarse en lugares que requieren un manejo de carga realmente sofisticado.

En este artículo se describe un circuito de relé de estado sólido con detector de cruce por cero incorporado.

El circuito es muy fácil de entender y construir, pero proporciona características útiles como conmutación limpia, libre de perturbaciones de RF y capaz de manejar cargas de hasta 500 vatios. Hemos aprendido mucho sobre los relés y cómo funcionan.

Sabemos que estos dispositivos se utilizan para conmutar cargas eléctricas pesadas a través de un par de contactos aislados externos, en respuesta a un pequeño pulso eléctrico recibido de una salida de circuito electrónico.

Normalmente, la entrada del disparador está cerca del voltaje de la bobina del relé, que puede ser de 6, 12 o 24 V CC, mientras que la carga y la corriente conmutadas por los contactos del relé se encuentran principalmente en los niveles de los potenciales de la red CA.

Básicamente, los relés son útiles porque pueden alternar conexiones pesadas a sus contactos sin poner los potenciales peligrosos en contacto con el circuito electrónico vulnerable a través del cual se conmuta.

Sin embargo, las ventajas van acompañadas de algunos inconvenientes críticos que no pueden ignorarse. Dado que los contactos involucran operaciones mecánicas, a veces son bastante ineptos con circuitos sofisticados que requieren una conmutación muy precisa, rápida y eficiente.

Los relés mecánicos también tienen la mala reputación de generar interferencias de RF y ruido durante la conmutación, lo que también provoca la degradación de sus contactos con el tiempo.

Para un SSR basado en MOSFET, por favor consulte esta publicación

Uso de SCR o Triac para hacer SSR

Se cree que los triacs y los SCR son buenos reemplazos en lugares donde los relés anteriores resultan ineficaces; sin embargo, estos también pueden implicar problemas de generación de interferencias de RF durante el funcionamiento.

Además, los SCR y Triacs cuando se integran directamente a circuitos electrónicos requieren que la línea de tierra del circuito esté conectada con su cátodo, lo que significa que la sección del circuito ya no está aislada de los voltajes de CA letales del dispositivo, un serio inconveniente en cuanto a seguridad para el el usuario está preocupado.

Sin embargo, un triac se puede implementar de manera muy eficiente si se resuelven por completo los dos inconvenientes mencionados anteriormente. Por lo tanto, las dos cosas que deben eliminarse con triacs, si fueran a ser reemplazados de manera eficiente por relés, son la interferencia de RF durante el cambio y la entrada de la red peligrosa en el circuito.

Los relés de estado sólido están diseñados exactamente con las especificaciones anteriores, lo que elimina la inferencia de RF y también mantiene las dos etapas completamente alejadas de la otra.

Los SSR comerciales pueden ser muy costosos y no se pueden reparar si algo sale mal. Sin embargo, hacer un relé de estado sólido todo por usted y usarlo para la aplicación requerida puede ser justo lo que 'el médico había recetado'. Dado que se puede construir utilizando componentes electrónicos discretos, se vuelve completamente reparable, modificable y, además, le proporciona una idea clara sobre las operaciones internas del sistema.

Aquí estudiaremos la fabricación de un relé de estado sólido simple.

Cómo funciona

Como se discutió en la sección anterior, en el SSR propuesto o diseño de circuito de relé de estado sólido, la interferencia de RF se verifica forzando al triac a cambiar solo alrededor de la marca cero de la fase sinusoidal de CA y el uso de un optoacoplador asegura que la entrada sea Manténgase alejado de los potenciales de red CA presentes en el circuito triac.

Intentemos entender cómo funciona el circuito:

Como se muestra en el diagrama, el optoacoplador se convierte en el portal entre el disparador y el circuito de conmutación. El disparador de entrada se aplica al LED del opto que se ilumina y hace que el fototransistor conduzca.
El voltaje del fototransistor pasa a través del colector al emisor y finalmente llega a la puerta del triac para operarlo.

La operación anterior es bastante normal y se asocia comúnmente con el disparador de todos los Triacs y SCR. Sin embargo, esto puede no ser suficiente para eliminar el ruido de RF.

La sección que comprende los tres transistores y algunas resistencias se introduce especialmente con el fin de verificar la generación de RF, asegurando que el triac conduzca solo en las proximidades de los umbrales cero de la forma de onda sinusoidal de CA.

Cuando se aplica la red de CA al circuito, una CC rectificada está disponible en el colector del opto transistor y conduce como se explicó anteriormente, sin embargo, el voltaje en la unión de las resistencias conectadas a la base de T1 está tan ajustado que conduce inmediatamente después de que la forma de onda de CA supere la marca de 7 voltios. Durante tanto tiempo, la forma de onda permanece por encima de este nivel y mantiene T1 encendido.

Esto conecta a tierra el voltaje del colector del opto transistor, lo que impide que el triac conduzca, pero en el momento en que el voltaje alcanza los 7 voltios y se acerca a cero, los transistores dejan de conducir, lo que permite que el triac cambie.

El proceso se repite durante el semiciclo negativo cuando T2, T3 conduce en respuesta a voltajes por encima de menos 7 voltios, lo que hace que el triac se active solo cuando el potencial de fase se acerca a cero, eliminando efectivamente la inducción de interferencias de RF de cruce por cero.

Diagrama de circuito del circuito SSR de estado sólido

Lista de piezas para el circuito de relé de estado sólido propuesto

• R1 = 120 K,
• R2 = 680K,
• R3 = 1 K,
• R4 = 330 K,
• R5 = 1 M,
• R6 = 100 ohmios 1 W,
• C1 = 220 uF / 25 V,
• C2 = 474/400 V Poliéster metalizado
• C3 = 0,22 uF / 400 V PPC
• Z1 = 30 voltios, 1 W,
• T1, T2 = BC547B,
• T3 = BC557B,
• TR1 = BT 36,
• OP1 = MCT2E o similar.

Diseño de PCB

Uso del optoacoplador SCR 4N40

Hoy en día, con la llegada de los optoacopladores modernos, la fabricación de un relé de estado sólido (SSR) de alto grado se ha vuelto realmente fácil. El 4N40 es uno de estos dispositivos que utiliza un SCR fotográfico para el disparo aislado requerido de una carga de CA.

Este optoacoplador se puede configurar simplemente para crear un circuito SSR altamente confiable y efectivo. Este circuito se puede utilizar para activar una carga de 220 V a través de un control lógico de 5 V completamente aislado, como se muestra a continuación:

Imagen de cortesía: Farnel