Los relés SSR o de estado sólido son interruptores eléctricos de alta potencia que funcionan sin involucrar contactos mecánicos, en su lugar utilizan semiconductores de estado sólido como MOSFET para conmutar una carga eléctrica.

Los SSR se pueden usar para operar cargas de alta potencia, a través de un voltaje de activación de entrada pequeño con una corriente insignificante.

Estos dispositivos se pueden utilizar para operar cargas de CA de alta potencia, así como Cargas DC .

Los relés de estado sólido son altamente eficientes en comparación con los relés electromecánicos debido a algunas características distintas.

Principales características y ventajas de SSR

Las principales características y ventajas de los relés de estado sólido o SSR son:

Los SSR se pueden construir fácilmente utilizando un número mínimo de piezas electrónicas ordinarias
Funcionan sin ningún tipo de sonido de clic debido a la ausencia de contactos mecánicos.
Ser de estado sólido también significa que los SSR pueden cambiar a una velocidad mucho más rápida que los tipos tradicionales electromecánicos.
Los SSR no dependen del suministro externo para encenderse, sino que extraen el suministro de la carga misma.
Funcionan con una corriente insignificante y, por lo tanto, no agotan la batería en sistemas operados por batería. Esto también asegura una corriente inactiva insignificante para el dispositivo.

Concepto básico de trabajo SSR usando MOSFET

En una de mis publicaciones anteriores expliqué cómo un MOSFET basado interruptor bidireccional podría usarse para operar cualquier carga eléctrica deseada, como un estándar interruptor mecánico , pero con ventajas excepcionales.

El mismo concepto de interruptor bidireccional MOSFET se podría aplicar para hacer un dispositivo SSR ideal.

Para un SSR basado en Triac, consulte a esta publicación

Diseño básico de SSR

relé de estado sólido básico concepto de diseño SSR

En el diseño básico de SSR que se muestra arriba, podemos ver un par de MOSFET T1 y T2 con la calificación adecuada conectados espalda con espalda con sus terminales de fuente y puerta unidos entre sí.

D1 y D2 son los diodos internos del cuerpo de los respectivos MOSFET, que pueden reforzarse con diodos paralelos externos, si es necesario.

También se puede ver un suministro de CC de entrada conectado a través de los terminales de fuente / puerta común de los dos MOSFET. Este suministro se utiliza para activar los MOSFET en ON o para habilitar el encendido permanente de los MOSFET mientras la unidad SSR está operativa.

“como funcionan los sensores pir ”

El suministro de CA, que podría llegar hasta el nivel de la red eléctrica, y la carga están conectados en serie a través de los dos drenajes de los MOSFET.

Cómo funciona

El funcionamiento del relé de estado vendido propuesto se puede entender consultando el siguiente diagrama y los detalles correspondientes:

SSR de medio ciclo positivo en funcionamiento

Con la configuración anterior, debido a la alimentación de la puerta de entrada conectada, T1 y T2 están en la posición de encendido. Cuando la entrada de CA del lado de la carga está encendida, el diagrama de la izquierda muestra cómo el semiciclo positivo se conduce a través del par MOSFET / diodo relevante (T1, D2) y el diagrama del lado derecho muestra cómo el ciclo de CA negativo se conduce a través del otro MOSFET complementario / par de diodos (T2, D1).

En el diagrama de la izquierda encontramos que uno de los semiciclos de CA pasa por T1 y D2 (T2 con polarización inversa), y finalmente completa el ciclo a través de la carga.

El diagrama del lado derecho muestra cómo el otro medio ciclo completa el circuito en la dirección opuesta conduciendo a través de la carga, T2, D1 (en este caso, T1 se invierte y polariza).

“selección del condensador del filtro de la fuente de alimentación ”

De esta manera, los dos MOSFET T1, T2 junto con sus respectivos diodos de cuerpo D1, D2, permiten que se conduzcan ambos semiciclos de la CA, alimentando perfectamente la carga de CA y cumpliendo la función SSR de manera eficiente.

Hacer un circuito SSR práctico

Hasta ahora hemos aprendido el diseño teórico de un SSR, ahora avancemos y veamos cómo se puede construir un módulo de relé de estado sólido práctico, para cambiar una carga de CA de alta potencia deseada, sin ninguna entrada de CC externa.

El circuito SSR anterior está configurado exactamente de la misma manera que se discutió en el diseño básico anterior. Sin embargo, aquí encontramos dos diodos adicionales D1 y D2, junto con los diodos de cuerpo MOSFET D3, D4.

Los diodos D1, D2 se introducen para un propósito específico, de modo que forman un puente rectificador junto con los diodos del cuerpo D3, D4 MOSFET.

El pequeño interruptor de encendido y apagado se puede usar para encender y apagar el SSR. Este interruptor puede ser un interruptor de lengüeta o cualquier interruptor de baja corriente.

Para conmutación de alta velocidad, puede reemplazar el interruptor con un optoacoplador Como se muestra abajo.

En esencia, el circuito ahora cumple con 3 requisitos.

Alimenta la carga de CA a través de la configuración MOSFET / Diode SSR.
El puente rectificador formado por D1 --- D4 convierte simultáneamente la entrada de CA de carga en CC rectificada y filtrada, y esta CC se utiliza para polarizar las puertas de los MOSFET. Esto permite que los MOSFET se enciendan apropiadamente a través de la carga CA, sin depender de ninguna CC externa.
La CC rectificada se termina además como una salida CC auxiliar que podría usarse para alimentar cualquier carga externa adecuada.

Problema de circuito

Una mirada más cercana al diseño anterior sugiere que este diseño SSR podría tener problemas para implementar la función deseada de manera eficiente. Esto se debe a que, en el momento en que la CC de conmutación llega a la puerta del MOSFET, comenzará a encenderse, provocando una derivación de la corriente a través del drenaje / fuente, agotando el voltaje de la puerta / fuente.

Consideremos el MOSFET T1. Tan pronto como la CC rectificada comience a llegar a la puerta de T1, comenzará a encenderse desde alrededor de 4 V en adelante, lo que provocará un efecto de derivación del suministro a través de sus terminales de drenaje / fuente. Durante este momento, la CC tendrá dificultades para subir a través del diodo Zener y comenzar a descender hacia cero.

Esto, a su vez, hará que el MOSFET se APAGUE, y se producirá el tipo de lucha continua de compañero estancado o un tira y afloja entre el drenaje / fuente del MOSFET y la puerta / fuente del MOSFET, impidiendo que el SSR funcione correctamente.

La solución

La solución al problema anterior podría lograrse utilizando el siguiente concepto de circuito de ejemplo.

El objetivo aquí es asegurarse de que los MOSFET no conduzcan hasta que se desarrollen 15 V óptimos a través del diodo Zener, o a través de la puerta / fuente de los MOSFET

El amplificador operacional asegura que su salida se dispara solo una vez que la línea de CC cruza el umbral de referencia del diodo Zener de 15 V, lo que permite que las compuertas MOSFET obtengan 15 V CC óptimos para la conducción.

La línea roja asociada con el pin 3 del IC 741 se puede alternar a través de un optoacoplador para la conmutación requerida desde una fuente externa.

“Comprobación de un condensador con un multímetro digital. ”

Cómo funciona : Como podemos ver, la entrada inversora del amplificador operacional está ligada con el zener de 15V, que forma un nivel de referencia para el pin2 del amplificador operacional. Pin3, que es la entrada no inversora del amplificador operacional, está conectado con la línea positiva. Esta configuración asegura que el pin 6 de salida del amplificador operacional produzca un suministro de 15 V solo una vez que su voltaje del pin 3 supere la marca de 15 V. La acción asegura que los MOSFET conduzcan solo a través de un voltaje de puerta óptimo válido de 15 V, lo que permite un funcionamiento adecuado del SSR.