Circuito equivalente di un relè a stato solido

Voglio cambiare la tensione di 50 V CA. La corrente massima assorbita sarà 5A. La frequenza è di 50Hz. Il cambio di velocità non è importante, può essere molto lento, non è un problema nella mia applicazione.

Volevo usare il relè a stato solido all'inizio per questo scopo. Ma non appena ho iniziato a cercare un SSR, ho visto che i loro prezzi sono troppo alti. Per una soluzione alternativa più economica, voglio usare transistor MOSFET (può essere anche un tipo di transistor diverso) anziché un relè a stato solido.

Potete suggerirmi un circuito MOSFET equivalente del relè a stato solido con le specifiche che ho dato sopra?

Seguono tre modi per fare un SSR:

I primi due usano FET e possono essere spenti e accesi durante un ciclo CA come richiesto. La velocità di commutazione deve essere compresa. Le versioni a cancello flottante hanno una costante di tempo RC che controlla lo spegnimento a meno che non si presta particolare attenzione per evitarlo.

Il circuito TRIAC si accende quando sparato e spento al successivo passaggio per lo zero. Può essere sparato non appena l'attraversamento dello zero è passato ma, di nuovo, non può essere disattivato fino al successivo attraversamento dello zero. In questo modo è possibile ottenere semicicli interi o semicicli che si estendono da un punto di cottura alla fine di quel semiciclo. I carichi induttivi complicano leggermente questo aspetto ma sono al di fuori della discussione di base.

(1) Posizionare un MOSFET all'interno di un ponte a 4 diodi come "carico". L'ingresso CA al bridge CA è "in corto" = acceso per CA quando FET è attivo Il gate è flottante, quindi è necessario ottenere tensione sul gate. Non difficile ma necessita di riflessione. Diagramma approssimativo - forse meglio dopo. Il transistor mostrato qui è bipolare ma MOSFET fa lo stesso lavoro. MOSFET vede sempre DC. Il carico vede la commutazione CA. Drive gate con opto. Deriva la potenza, ad esempio, l'alimentazione della resistenza dallo scarico a un tappo del serbatoio per azionare il cancello tramite opto.

(2) Due ad esempio MOSFET a canale N in serie: collegare la sorgente alla sorgente e la porta alla porta. Gli ingressi sono 2 x scarichi. Guida gate + ve alla sorgente per accenderla. Cancelli alla fonte per spegnere. Ancora una volta, cancelli e fonti fluttuano, quindi è necessario raggiungerli ma non è difficile, basta solo pensarci.

Lo schema circuitale seguente mostra un esempio di implementazione pratica di questo principio.
Si noti che i FET sono entrambi canali N e che le fonti di entrambi i FET sono collegate e le porte di entrambi i FET sono collegate. Questo circuito funziona perché i MOSFET sono dispositivi a due quadranti, ovvero un FET del canale N può essere attivato da un gate positivo realtivo alla sorgente indipendentemente dal fatto che la tensione da Drain a Source sia + ve o -ve. Ciò significa che il FET può condurre "all'indietro" se guidato in modo normale. Sono necessari due FET collegati in "anti serie" (polarità relativa opposta) a causa del "diodo corporeo" all'interno di ciascun FET che conduce quando il FET è polarizzato in modo opposto rispetto al solito. Se fosse utilizzato solo un FET, si condurrebbe quando il FET era disattivato quando Drain era negativo rispetto alla sorgente.

Notare che l '"isolamento" e lo spostamento del livello del segnale on / off alle porte flottanti sono raggiunti dai condensatori 2 x 100 pF. Considera i circuiti a destra come potenzialmente al potenziale di rete. La mano destra 74C14 forma un oscillatore a circa 100 kHz e i due inverter tra loro forniscono un convertitore di polarità opposto attraverso i 2 condensatori ai 4 diodi che formano un raddrizzatore a ponte. Il raddrizzatore fornisce un drive DC alle porte flottanti FET. La capacità del gate è probabilmente ~ qualche nF e questo viene scaricato da R1 quando il segnale del convertitore viene rimosso. Immagino che la rimozione del disco potrebbe avvenire entro un decimo di millesimo di secondo, ma farei i calcoli da solo.

Il circuito è di qui e note

• Il circuito utilizza un pacchetto di inverter C-MOS economico e alcuni piccoli condensatori per pilotare due transistor MOS di potenza da un'alimentazione 12v a 15v. Poiché i valori del condensatore di accoppiamento utilizzati per pilotare i FET sono piccoli, la corrente di dispersione dalla linea di alimentazione nel circuito di controllo è di un piccolo 4uA. Sono necessari solo circa 1,5 mA di CC per accendere e spegnere 400 watt di corrente alternata o continua su un carico

(3) CIRCUITO TRIAC

Hai menzionato specificamente i MOSFET.
Un TRIAC è anche comunemente usato in SSR AC.
Di seguito è riportato un tipico circuito TRIAC.
L1 non può essere utilizzato.
C1 e R6 formano uno "snubber" e i valori dipendono dalle caratteristiche del carico.

I relè a stato solido sono SCR accoppiati opto back to back nella loro forma più semplice. Puoi duplicarlo da solo, ma diventa un po 'disordinato. Poiché i relè a stato solido sono optoisolati, il lato di uscita può fluttuare rispetto al lato di ingresso, proprio come un vero relè.

Se hai davvero bisogno di isolamento, diventa complicato farlo da solo. Dici che la velocità di commutazione è bassa, quindi perché non un normale relè meccanico?

Se non hai bisogno di isolamento, allora ci sono varie possibilità. Uno è usare un triac e controllarlo direttamente dal tuo circuito. Per i dettagli, abbiamo bisogno di sapere di più su come questo 50 V CA è riferito (o meno) a qualsiasi alimentatore disponibile.

Hai assolutamente ragione, gli SSR sono costosi . L'alternativa più semplice è quella di usare il tuo opto-triac + power triac:

Questo costa l'80% in meno rispetto al SSR equivalente.

Il MOC3041 commuta all'incrocio di zero della tensione, quindi potrebbe essere un vantaggio. Se non è necessario, MOC3051 è un opto-triac a commutazione casuale. Uno svantaggio dell'uso di un triac potrebbe essere la caduta di tensione di alcuni volt e quando la tensione per commutare è di soli 50 V la perdita è maggiore rispetto ad esempio a 230 V.
Un MOSFET come elemento di commutazione può sembrare un'idea migliore, ma se lo usi nel bridge come nella soluzione di Russell avrai comunque la stessa caduta di tensione, ma questa volta attraverso i diodi.

La migliore soluzione per quanto riguarda la caduta di tensione è il buon vecchio relè elettromeccanico . A seconda del tipo di carico dovrai declassare il relè, in modo che per la commutazione 5A potresti aver bisogno di una versione 16A. Il prezzo per il relè 16A è paragonabile al SSR fai-da-te.