Les relais SSR ou à semi-conducteurs sont des commutateurs électriques à haute puissance qui fonctionnent sans impliquer de contacts mécaniques, ils utilisent plutôt des semi-conducteurs à semi-conducteurs comme MOSFET pour commuter une charge électrique.

Les SSR peuvent être utilisés pour faire fonctionner des charges de forte puissance, via une petite tension de déclenchement d'entrée avec un courant négligeable.

Ces appareils peuvent être utilisés pour faire fonctionner des charges CA haute puissance ainsi que Charges DC .

Les relais statiques sont très efficaces par rapport aux relais électromécaniques en raison de quelques caractéristiques distinctes.

Principales caractéristiques et avantages du SSR

Les principales caractéristiques et avantages des relais statiques ou SSR sommes:

Les relais statiques peuvent être construits facilement en utilisant un nombre minimum de pièces électroniques ordinaires
Ils fonctionnent sans aucune forme de cliquetis en raison de l'absence de contacts mécaniques.
Être à semi-conducteurs signifie également que les relais statiques peuvent basculer à une vitesse beaucoup plus rapide que les types électromécaniques traditionnels.
Les relais statiques ne dépendent pas d'une alimentation externe pour la mise en marche, mais extraient plutôt l'alimentation de la charge elle-même.
Ils fonctionnent avec un courant négligeable et ne déchargent donc pas la batterie dans les systèmes fonctionnant sur batterie. Cela garantit également un courant de repos négligeable pour l'appareil.

Concept de travail de base du SSR utilisant des MOSFET

Dans l'un de mes articles précédents, j'ai expliqué comment un MOSFET commutateur bidirectionnel pourrait être utilisé pour faire fonctionner toute charge électrique souhaitée, tout comme une norme interrupteur mécanique , mais avec des avantages exceptionnels.

Le même concept de commutateur bidirectionnel MOSFET pourrait être appliqué pour fabriquer un dispositif SSR idéal.

Pour un SSR basé sur Triac, veuillez consulter à ce post

Conception SSR de base

concept de conception de base du relais statique SSR

Dans la conception SSR de base illustrée ci-dessus, nous pouvons voir quelques MOSFET T1 et T2 correctement notés connectés dos à dos avec leurs bornes de source et de porte jointes en commun.

D1 et D2 sont les diodes de corps internes des MOSFET respectifs, qui peuvent être renforcées avec des diodes parallèles externes, si nécessaire.

Une alimentation CC d'entrée peut également être vue attachée aux bornes de grille / source communes des deux MOSFET. Cette alimentation est utilisée pour déclencher les MOSFET sur ON ou pour activer la commutation permanente des MOSFET pendant que l'unité SSR est opérationnelle.

“différents ports sur un ordinateur ”

L'alimentation CA qui pourrait être jusqu'au niveau du réseau et la charge sont connectées en série sur les deux drains des MOSFET.

Comment ça fonctionne

Le fonctionnement du relais d'état vendu proposé peut être compris en se référant au schéma suivant et aux détails correspondants:

Avec la configuration ci-dessus, en raison de l'alimentation de la porte d'entrée connectée, T1 et T2 sont tous deux en position ON. Lorsque l'entrée CA côté charge est activée, le diagramme de gauche montre comment le demi-cycle positif se conduit à travers la paire MOSFET / diode correspondante (T1, D2) et le schéma de droite montre comment le cycle CA négatif se conduit à travers l'autre MOSFET complémentaire / paire de diodes (T2, D1).

Dans le diagramme de gauche, nous trouvons que l'un des demi-cycles AC passe par T1, et D2 (T2 étant polarisé en inverse), et termine enfin le cycle via la charge.

Le diagramme de droite montre comment l'autre demi-cycle complète le circuit dans le sens opposé en passant à travers la charge, T2, D1 (T1 étant polarisé en inverse dans ce cas).

De cette manière, les deux MOSFET Tl, T2 ainsi que leurs diodes de corps respectives D1, D2, permettent aux deux demi-cycles du courant alternatif de se conduire, alimentant parfaitement la charge en courant alternatif et remplissant efficacement le rôle SSR.

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Créer un circuit SSR pratique

Jusqu'à présent, nous avons appris la conception théorique d'un SSR, allons maintenant de l'avant et voyons comment un module de relais à semi-conducteurs pratique pourrait être construit, pour commuter une charge CA haute puissance souhaitée, sans aucune entrée externe CC.

Le circuit SSR ci-dessus est configuré exactement de la même manière que celle décrite dans la conception de base précédente. Cependant, nous trouvons ici deux diodes supplémentaires D1 et D2, ainsi que les diodes de corps MOSFET D3, D4.

Les diodes D1, D2 sont introduites dans un but spécifique de sorte qu'elles forment un pont redresseur en liaison avec les diodes de corps MOSFET D3, D4.

Le petit interrupteur marche / arrêt peut être utilisé pour allumer / éteindre le SSR. Cet interrupteur peut être un interrupteur à lames ou tout interrupteur à faible courant.

Pour une commutation à grande vitesse, vous pouvez remplacer le commutateur par un opto-coupleur comme indiqué ci-dessous.

En substance, le circuit remplit désormais 3 exigences.

Il alimente la charge CA via la configuration MOSFET / Diode SSR.
Le pont redresseur formé par D1 --- D4 convertit simultanément l'entrée CA de charge en CC redressé et filtré, et ce CC est utilisé pour polariser les grilles des MOSFET. Cela permet aux MOSFET d'être correctement activés via le courant alternatif de charge lui-même, sans dépendre d'un DC externe.
Le CC redressé est en outre terminé comme une sortie CC auxiliaire qui pourrait être utilisée pour alimenter toute charge externe appropriée.

Problème de circuit

Un examen plus approfondi de la conception ci-dessus suggère que cette conception SSR pourrait avoir des problèmes pour mettre en œuvre efficacement la fonction prévue. En effet, au moment où le courant continu de commutation arrive à la grille du MOSFET, il commencera à s'allumer, provoquant un contournement du courant à travers le drain / source, épuisant la tension grille / source.

Considérons le MOSFET T1. Dès que le DC redressé commence à atteindre la grille de T1, il commence à passer à ON à partir d'environ 4 V, provoquant un effet de dérivation de l'alimentation via ses bornes drain / source. Pendant ce moment, le DC aura du mal à monter à travers la diode Zener et commencera à chuter vers zéro.

Cela provoquera à son tour la désactivation du MOSFET, et le type de lutte continue ou un tir à la corde se produira entre le drain / source MOSFET et la porte / source MOSFET, empêchant le SSR de fonctionner correctement.

La solution

La solution au problème ci-dessus pourrait être réalisée en utilisant l'exemple de concept de circuit suivant.

L'objectif ici est de s'assurer que les MOSFET ne conduisent pas jusqu'à ce qu'un 15 V optimum soit développé à travers la diode Zener, ou à travers la grille / source des MOSFET.

L'ampli opérationnel garantit que sa sortie ne se déclenche qu'une fois que la ligne CC franchit le seuil de référence de la diode zener 15 V, ce qui permet aux portes MOSFET d'obtenir un 15 V CC optimal pour la conduction.

La ligne rouge associée à la broche 3 de l'IC 741 peut être basculée via un optocoupleur pour la commutation requise à partir d'une source externe.

Comment ça fonctionne : Comme nous pouvons le voir, l'entrée inverseuse de l'ampli op est liée au zener 15V, qui forme un niveau de référence pour l'ampli op pin2. La broche 3, qui est l'entrée non inverseuse de l'ampli opérationnel, est connectée à la ligne positive. Cette configuration garantit que la sortie pin6 de l'ampli opérationnel ne produit une alimentation de 15 V qu'une fois que sa tension pin3 atteint au-dessus de la marque 15 V. L'action garantit que les MOSFET ne conduisent que par une tension de grille optimale valide de 15 V, permettant un bon fonctionnement du SSR.