Circuito equivalente de un relé de estado sólido

Tres formas de hacer un SSR siguen:

Los dos primeros usan FET y se pueden apagar y encender durante un ciclo de CA según sea necesario. Es necesario entender la velocidad de conmutación. Las versiones de compuerta flotante tienen una constante de tiempo RC que controla el apagado a menos que se tomen precauciones adicionales para evitarlo.

El circuito TRIAC se enciende cuando se dispara y se apaga en el siguiente cruce por cero. Se puede disparar tan pronto como haya pasado el cruce por cero, pero nuevamente, no se puede apagar hasta el próximo cruce por cero. Por lo tanto, puede obtener medios ciclos completos o medios ciclos parciales que se extienden desde un punto de disparo hasta el final de ese medio ciclo. Las cargas inductivas complican esto un poco pero están fuera de la discusión básica.

(1) Coloque un MOSFET dentro de un puente de 4 diodos como "carga". CA para puentear La entrada de CA está "cortocircuitada" = activada para CA cuando FET está encendido La puerta está flotando, por lo que necesita obtener voltaje para la puerta. No es difícil, pero necesita reflexión. Diagrama aproximado - mejor más tarde tal vez. El transistor que se muestra aquí es bipolar, pero el MOSFET hace el mismo trabajo. MOSFET siempre ve DC. La carga ve la conmutación de CA. Puerta de accionamiento con opto. Obtenga energía, por ejemplo, alimentando una resistencia desde el drenaje hasta la tapa de un depósito para impulsar la compuerta a través de opto.

(2) Dos, por ejemplo, MOSFET de canal N en serie: conecte fuente a fuente y puerta a puerta. Las entradas son 2 x drenajes. Conduzca la puerta + ve a la fuente para encender. Puertas a la fuente para apagar. Nuevamente, las puertas y las fuentes flotan, por lo que debe conducir hacia ellas, pero no con fuerza, solo necesita pensar.

El siguiente diagrama de circuito muestra un ejemplo de una implementación práctica de este principio.
Tenga en cuenta que los FETS son de canal N y que las fuentes de ambos FET están conectadas y las puertas de ambos FET están conectadas. Este circuito funciona porque los MOSFET son dispositivos de dos cuadrantes, es decir, un FET de canal N puede activarse mediante una puerta positiva en relación con la fuente, independientemente de si el voltaje de drenaje a fuente es +ve o -ve. Eso significa que el FET puede conducir "hacia atrás" si se conduce de manera normal. Se requieren dos FET conectados en "antiserie" (polaridad relativa opuesta) debido al "diodo del cuerpo" dentro de cada FET que conduce cuando el FET está polarizado de manera opuesta a lo habitual. Si solo se usara un FET, conduciría cuando el FET se apagara cuando el drenaje fuera negativo en relación con la fuente.

Tenga en cuenta que los condensadores de 2 x 100 pF logran el "aislamiento" y el cambio de nivel de la señal de encendido/apagado a las puertas flotantes. Considere el circuito de la derecha como potencialmente al potencial de la red. El 74C14 de la derecha forma un oscilador a unos 100 kHz y los dos inversores entre ellos proporcionan un impulso de polaridad opuesta a través de los 2 condensadores a los 4 diodos que forman un puente rectificador. El rectificador proporciona un impulso de CC a las puertas FET flotantes. La capacitancia de la puerta es probablemente ~ unos pocos nF y R1 la descarga cuando se elimina la señal del controlador. Supongo que la eliminación de la unidad ocurriría en décimas de milisegundo, pero haga los cálculos usted mismo.

El circuito es de aquí y notas.

• El circuito utiliza un paquete inversor C-MOS económico y algunos condensadores pequeños para impulsar dos transistores MOS de potencia desde un suministro de 12v a 15v. Dado que los valores de los condensadores de acoplamiento utilizados para impulsar los FET son pequeños, la corriente de fuga de la línea de alimentación al circuito de control es de apenas 4 uA. Solo se necesitan alrededor de 1,5 mA de CC para encender y apagar 400 vatios de CA o CC a una carga

(3) CIRCUITO TRIAC

Usted mencionó específicamente los MOSFET.
Un TRIAC también se usa comúnmente en AC SSR.
A continuación se muestra un circuito TRIAC típico.
No se puede utilizar L1.
C1 y R6 forman un "amortiguador" y los valores dependen de las características de la carga.

Los relés de estado sólido son SCR optoacoplados espalda con espalda en su forma más simple. Puede duplicarlo usted mismo, pero se vuelve un poco complicado. Dado que los relés de estado sólido están optoaislados, el lado de salida puede flotar con respecto al lado de entrada, como un relé real.

Si realmente necesita aislamiento, entonces se vuelve complicado hacerlo usted mismo. Usted dice que la velocidad de conmutación es baja, entonces, ¿por qué no un relé mecánico normal?

Si no necesita aislamiento, entonces hay varias posibilidades. Una es usar un triac y controlarlo directamente desde su circuito. Para obtener más detalles, necesitamos saber más sobre cómo se hace referencia (o no) a esta fuente de alimentación de 50 V CA que tenga disponible.

Tienes toda la razón, los SSR son caros . La alternativa más simple es rodar la tuya usando un opto-triac + power triac:

Esto cuesta un 80% menos que el SSR equivalente.

El MOC3041 cambia en el cruce por cero del voltaje, por lo que puede ser una ventaja. Si no lo necesita, el MOC3051 es un opto-triac de conmutación aleatoria. Una desventaja de usar un triac puede ser que hay una caída de voltaje de unos pocos voltios, y cuando el voltaje para cambiar es de solo 50 V, la pérdida es mayor en comparación con, por ejemplo, 230 V.
Un MOSFET como elemento de conmutación puede sonar como una mejor idea, pero si lo usa en el puente como en la solución de Russell, tendrá aproximadamente la misma caída de voltaje de todos modos, pero esta vez a través de los diodos.

La mejor solución con respecto a la caída de voltaje es el buen viejo relé electromecánico . Dependiendo del tipo de carga, deberá reducir la potencia del relé, por lo que para cambiar 5A puede necesitar una versión de 16A. El precio del relé 16A es comparable al SSR de bricolaje.

Podría sugerir algunas revisiones de la versión ofrecida por @Russell McMahon que usa el IC 74C14 para impulsar la función de encendido y apagado, si se acepta. Me gusta este diseño porque hace uso de un puente rectificador de una manera inusual y parecía bastante bueno hasta que lo puse a prueba. Usé el IRF640 y los 220 kΩ entre Gate y Source. Lo que hizo que me funcionara bien fue cambiar los capacitores de 100 pF por capacitores de 47 nF.

En ese punto, podría poner tan bajo como 1 kHz en los condensadores y hacer que se disparen los FET (aunque 2+ kHz funciona mejor y hasta aproximadamente 22 MHz).

Entonces, si modifica este circuito como lo describo, aún necesitará colocar los FET en un disipador de calor, absolutamente.

Para ser claros, no estaba probando esto con el 74C14, sino con mi generador de señal como entrada, en aras de probar en banco la funcionalidad de este modelo de componentes del controlador de potencia.

Me gustaría ofrecer una versión redibujada, pero parece que no tengo el programa adecuado para hacerlo. Dicho esto, aquí está la copia de la que estoy haciendo referencia con el enlace al original .

EDITAR: acabo de actualizar con esta versión modificada, ya que funcionó en mi banco.

_{(Fuente de la imagen: Digital Systems - RELÉ MOSFET DE POTENCIA BIDIRECCIONAL ACOPLADO POR CARGA )}

Pensé en involucrarme en esta publicación, ya que he examinado muchos de estos a lo largo de los años y obtuve una gran comprensión y valor de ellos. Esto puede estar aquí para otra parte de la respuesta (ahora probada) para la pregunta publicada y para aquellos que quieren algo que "simplemente funcione", como hago a menudo. Disfrutar.

EDICIÓN final (creo): a continuación se muestra una versión que probé con una batería estándar de 9 voltios, pero usa mucho alguna fuente de CC o CA que esté dentro de las especificaciones para el voltaje GS de sus MOSFET y lo suficientemente alto como para encenderlos después del puente ADEMÁS, y esto es realmente importante, no use un suministro o fuente que tenga conexión a tierra desde la línea (línea de 120 voltios) y negativo de la salida unida. ¡Romperás algo!

Editar 1 de enero de 2022: ¡Acabo de completar y probar la mejor versión hasta ahora y me encanta! Espero que esta sea la mejor respuesta para este hilo o al menos alguien pueda tener una gran solución si no tiene acceso a TRIAC de alta potencia y aunque lo hacen bastante simple, creo que esta es una manera muy simple de construir con MOSFET de potencia en su lugar. Por favor, haga preguntas si lo desea. Esta versión está aislada y funciona a las mil maravillas. Debería encenderse y apagarse muy rápido