No title

SOLID STATE RELÉ Alexandr Krejèiøík

Praha 2002

Na konci knihy je jako pøíloha doplnìn katalogový pøehled nejpouívanìjích a nejdostupnìjích optotriakù a Solid State relé, které jsou v Èeské republice k mání prostøednictvím rùzných distributorù (GM Electronic, Enika, GES Electronic, Spoerle Electronic, Conrad Electronic, SOS Electronic, ). Pøehled sestavil Libor Kubica.

Alexandr Krejèiøík

SOLID STATE RELÉ Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnoována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenáena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost titìných materiálù. Pøedkládané informace jsou zveøejnìny bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odkodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Vechny registrované nebo jiné obchodní známky pouité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù. Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva. Vekerá práva vyhrazena © Alexandr Krejèiøík, Praha 2002 © Nakladatelství BEN technická literatura, Vìínova 5, Praha 10 Alexandr Krejèiøík: SOLID STATE RELÉ BEN technická literatura, Praha 2002 1. vydání ISBN 80-7300-081-4

OBSAH SEZNAM POUITÝCH ZNAÈEK A SYMBOLÙ................................... 5 O PROBLEMATICE ............................................................................... 9 O KNIZE .............................................................................................. 10 1

FUNKCE ELEKTRONICKÝCH RELÉ ................................................. 11

1.1

Rozdìlení SSR podle typu výstupního obvodu ............................................... 15

1.1.1

SSR S ANALOGOVÝM PØENOSEM .......................................................................... 15

1.1.2

SSR SPÍNACÍHO TYPU .............................................................................................. 28

1.2

Rozdìlení SSR podle typu vstupního obvodu ................................................. 37

1.2.1

VSTUP S LED .............................................................................................................. 37

1.2.2

VSTUP S USMÌRÒOVAÈEM ...................................................................................... 47

1.2.3

JINÉ TYPY VSTUPÙ .................................................................................................... 48

1.3

Rozdìlení SSR podle typu izolace .................................................................. 48

1.3.1

SSR S OPTRONEM ..................................................................................................... 50

1.3.2

SSR S TRANSFORMÁTOREM ................................................................................... 55

1.3.3

SSR S NÁBOJOVOU VAZBOU ................................................................................... 59

1.4

Rozdìlení SSR podle spínání ......................................................................... 60

1.4.1

OKAMITÉ SPÍNÁNÍ (ASYNCHRONNÍ) ..................................................................... 61

1.4.2

SPÍNÁNÍ V NULE (SYNCHRONNÍ) ............................................................................. 64

1.5

Rozdìlení SSR podle poètu fází ..................................................................... 65

1.6

SSR s regulací ................................................................................................. 67

1.7

SSR bez izolaèních vlastností ......................................................................... 77

1.8

Ochranné obvody, jitìní, omezení proudu ..................................................... 78

1.9

Chlazení SSR .................................................................................................. 82

1.10

Testování SSR ................................................................................................. 85

2

POROVNÁNÍ MECHANICKÝCH A POLOVODIÈOVÝCH RELÉ ....... 87

2.1

Hybridní relé .................................................................................................... 88

A

ALEXANDR KREJÈIØÍK: SOLID STATE RELÉ

3

3

STANDARDNÍ SSR øady MOC30XX .................................................. 97

3.1

MOC3061, 3062, 3063 .................................................................................... 97

3.2

MOC3010, 3011, 3020, 3021 ........................................................................ 106

4

SSR FIRMY SHARP .......................................................................... 113

4.1

S26MD01 ........................................................................................................ 113

4.2

S21MD4 .......................................................................................................... 118

5

SSR FIRMY CARLO GAVAZZI ......................................................... 125

5.1

RS1A23D25 ................................................................................................... 127

5.1.1

NAMÌØENÉ VLASTNOSTI ....................................................................................... 130

5.2

RD0605-D ...................................................................................................... 133

5.2.1

SCHÉMA ZAPOJENÍ ................................................................................................. 137

5.2.2


5.3

RP130-240-3-05 ............................................................................................ 143

5.3.1


5.4

RA2425-D06T ................................................................................................ 153

6

SSR FIRMY COSMO ......................................................................... 157

6.1

KSD203AC3 .................................................................................................. 157

7

SSR FIRMY HYPEL (ÈR) .................................................................. 161

7.1

HSRC05 ........................................................................................................ 162

LITERATURA .................................................................................... 165 KATALOGOVÝ PØEHLED SSR ....................................................... 170 KNIHY NAKLADATELSTVÍ BEN technická literatura ................. 192 Kontaktní adresy .............................................................................. 199

4


A

SEZNAM POUITÝCH ZNAÈEK A SYMBOLÙ a AC/AC

[m/s2]

AC/DC BE BKO BR C CGS

[F]

Ciso [F] COUT,C34 [F] D d [m] DC/AC DC/DC Di di/dt DIL6 du/dt EMR f FT G g

A

[A/s]

[V/s] [Hz]

[m/s2]

zrychlení oznaèení napìového pøevodníku (mìnièe) ze støídavého napìtí na støídavé napìtí, zde i SSR ovládaného støídavým napìtím na vstupu, které mùe na výstupu spínat pouze i støídavé napìtí oznaèení zdroje napìtí (pøevodníku) ze støídavého napìtí na stejnosmìrné, zde i SSR ovládaného støídavým napìtím na vstupu, které mùe na výstupu spínat pouze stejnosmìrné napìtí oznaèení pøechodu báze-emitor oznaèení pro bistabilní klopný obvod oznaèení mùstkového usmìròovaèe, Bridge Rectifier = mùstkový usmìròovaè oznaèení kondenzátoru vstupní kapacita unipolárního tranzistoru, GS = Gate Source (nebo Substrat) = hradlo emitor (substrát) kapacita mezi vstupními a výstupními svorkami SSR kapacita mezi výstupními svorkami, pokud jimi neteèe proud oznaèení diody prùmìr (vodièe vinutí) oznaèení napìového pøevodníku (mìnièe) ze stejnosmìrného napìtí na støídavé napìtí, zde i SSR ovládaného stejnosmìrným napìtím na vstupu, které mùe na výstupu spínat i støídavé napìtí oznaèení napìového pøevodníku ze stejnosmìrného napìtí na stejnosmìrné napìtí, zde i SSR ovládaného stejnosmìrným napìtím na vstupu, které mùe na výstupu spínat pouze stejnosmìrné napìtí oznaèení diaku rychlost zmìny velikosti proudu oznaèení pouzdra integrovaného obvodu (DIL6 = Dual in Line = vývody ve dvou øadách, celkem 6 vývodù, tj. 2 × 3) rychlost zmìny velikosti napìtí Electro Mechanical Relay = elektromechanická relé kmitoèet Field Transistor = tranzistor øízený elektrickým polem (také FET), také oznaèení fototranzistoru Gate = hradlo, øídicí elektroda tíhové zrychlení (9,81)


5

GND h21E I34max

oznaèení zemní svorky, GND = Ground = zem proudový zesilovací èinitel bipolárního tranzistoru maximální hodnota proudu, kterým mùe být zatíen výstup, aby nedolo k jeho proudovému (a následnì výkonovému a tepelnému) pøetíení [A] proud báze bipolárního tranzistoru IB IC [A] proud kolektoru bipolárního tranzistoru ICM [A] maximální hodnota kolektorového proudu tranzistoru IF [A] propustný proud diody IF [A] propustný proud LED, který teèe mezi vstupními svorkami, kdy je vstupní svítivá dioda (LED) polarizovaná propustnì IF(OFF) [A] proud vypnutí LED, hodnota vstupního proudu LED, pøi které dojde k rozepnutí výstupu SSR IF(ON) [A] pracovní proud LED, hodnota vstupního proudu LED, která zpùsobí sepnutí výstupu SSR IFP [A] pièkový proud LED, maximální okamitá hodnota propustného proudu svítivou diodou (vstupního proudu) IFT [A] pracovní proud LED, hodnota vstupního proudu LED, která zpùsobí sepnutí výstupu SSR IG [A] vstupní proud do hradla, do øídicí elektrody tyristoru, triaku IH [A] pøídrný proud tyristoru nebo triaku IIN [A] vstupní proud Ileak [A] výstupní proud SSR v rozepnutém stavu, proud tekoucí mezi výstupními svorkami SSR, pokud je SSR v rozepnutém stavu IL [A] trvalý výstupní proud, který mùe SSR trvale procházet bez (zejména tepelného) pokození SSR (L = Load) IO, IOUT [A] trvalý výstupní proud, výstupní proud, který mùe SSR trvale procházet bez (zejména tepelného) pokození SSR ISC [V] výstupní proud obvodu pøi zatíení nulovou impedancí (SC = short circuit) IT(rms) [A] trvalý efektivní výstupní proud, který mùe SSR trvale procházet bez (zejména tepelného) pokození SSR ITM [A] trvalý pièkový výstupní proud, který mùe SSR trvale procházet bez (zejména tepelného) pokození SSR j [A/mm2] proudová hustota (ve vodièi) J1 oznaèení pøechodu tyristoru K [A.z] konstanta relé (poèet závitù krát proud potøebný k pøítahu kotvy relé) K, KT [K/W] tepelný odpor LED Light Emission Diode = svìtlo emitující dioda (také jen LE dioda) MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor = tranzistor øízený polem se strukturou kov-oxid-polovodiè N [-] poèet závitù cívky, vinutí transformátoru

6

[-] [A]


A

OFF ON OSC OZ P PD PIN PN POUT PTOT PWM R RB RBSOA

[W] [W] [W]

[W] [W] [W] [W]

RC RDS(ON) Re RE re1 RF Riso

[W] [W]

RON

[W]

RV RZ S SMD SOA SSR t T T, Q Ta Tamax Tj tOFF

[%] [W] [m2]

tON

[s]

A

[W]

[W]

[s] [s] [°C] [°C] [°C] [s]

vypnuto zapnuto oznaèení osciloskopu oznaèení operaèního zesilovaèe výkon ztrátový výkon výstupního obvodu vstupní výkon LED, pøípustné výkonové zatíení vstupu SSR oznaèení polovodièového pøechodu mezi oblastí P a N typu, pøenesenì oznaèení polovodièové diody s tímto typem pøechodu výstupní výkonová ztráta, ztrátový výkon SSR, který je nutno odvést celkový ztrátový výkon SSR (vstup + výstup + øídicí èást) Pulse Width Modulation = pulznì íøková modulace odpor bázový odpor Reverse Biased SOA = bezpeèná pracovní oblast souèástky pøi její závìrné polarizaci napìtím kolektorový odpor odpor kanálu unipolárního tranzistoru v sepnutém stavu oznaèení relé (jeho cívky) emitorový odpor oznaèení kontaktu relé oznaèení fotoodporu izolaèní odpor odpor mezi vstupními a výstupními svorkami SSR, definovaný jako velikost proudu pøi definované hodnotì pøiloeného napìtí výstupní odpor SSR v sepnutém stavu, je dán pomìrem úbytku napìtí mezi sepnutými výstupnímu svorkami a proudem mezi nimi procházejícím relativní vlhkost zatìovací odpor plocha (prùøez vodièe) Surface Mount Devices = souèástky povrchové montáe Safe Operating Area = bezpeèná pracovní oblast (souèástky) Solid State relay = relé v pevné fází, polovodièové relé, elektronické relé èas doba periody oznaèení tranzistoru teplota okolí (a = ambient = okolí) pracovní teplota, teplota okolí, pøi které mùe SSR trvale pracovat teplota pøechodu PN v souèástce doba rozepnutí, èasové zpodìní mezi vstupním impulzem a rozepnutím výstupu SSR doba sepnutí, èasové zpodìní mezi vstupním impulzem a sepnutím výstupu


7

Tr TTL Ty U34max UB UBE

[V] [V] [V]

UCC UCES UDRM UF UF

[V] [V] [V] [V] [V]

UIN [V] Uiso UISO [V] UKA UL

[V] [V]

UOFF UOC UOUT UO, UOUT

[V] [V] [V] [V]

UR UTM

[V] [V]

VA XC Z ZD r p j w tRR t

8

[W] [%]

[W.m] [-] [°] [rad/s] [s] [s]

oznaèení triaku oznaèení druhu logiky pro integrované obvody oznaèení tyristoru maximální hodnota napìtí U34, které je mono pøipojit mezi vývody 3 a 4 napájecí (bateriové) napìtí napìtí pøechodu báze emitor bipolárního tranzistoru v propustném smìru napájecí napìtí saturaèní napìtí bipolárního tranzistoru pièkové napìtí na výstupu optoèlenu opakovatelné napìtí na diodì v propustném smìru úbytek napìtí na LED pøi prùchodu proudu svítivou diodou v propustném smìru (je funkcí proudu) vstupní napìtí izolaèní napìtí kritická hodnota napìtí pøed prùrazem SSR, je-li toto napìtí aplikované po dobu 1 minuty mezi stejnými svorkami SSR, kde byl mìøen izolaèní odpor závìrné napìtí na diodì (plus na katodì, mínus na anodì) napìtí na zátìi, výstupní napìový rozsah, pøi kterém je zátì (a SSR) schopna pracovat, maximální hodnota støídavého výstupního napìtí (L = Load) výstupní napìtí pøi nevodivém (nazapnutém) výstupu výstupní napìtí nezatíeného obvodu (OC = open circuit) výstupní napìtí napìtí na zátìi, výstupní napìový rozsah, pøi kterém je zátì (a SSR) schopna pracovat, maximální hodnota støídavého výstupního napìtí závìrné napìtí LED (závìrná polarita napìtí na vstupních svorkách) maximální úbytek napìtí na sepnutém spínacím prvku (tyristoru, triaku) oznaèení volt-ampérové charakteristiky kapacitní sloka impedance kondenzátoru, kapacitance pomìrné ztráty oznaèení Zenerovy diody oznaèení árovky mìrný odpor (vodièe) Ludolfovo èíslo úhel kruhový kmitoèet vypínací doba diody èasová konstanta


A

O PROBLEMATICE Elektronická (polovodièová) relé (Solid State Relay = relé v pevné fázi) jsou souèástky, jejich pùvodní funkcí bylo nahrazovat relé elektromechanická. Jejich pùvodní uplatnìní se pùvodnì uvaovalo ve výkonových aplikacích, kde tato elektronická relé mìla nahrazovat relé mechanická a to zejména z dùvodù malé ivotnosti mechanických kontaktù, rozpínajících vìtinou zátì indukèního typu. Na místì mechanických kontaktù se tedy nejprve objevovala dvojice antiparalelnì zapojených tyristorù a pozdìji triak, èi dokonce jiné spínací prvky analogového typu (tranzistory). S vývojem ovládání tohoto koncového spínacího prvku se nejprve navíc objevila vlastnost galvanického oddìlení vstupního (øídicího) obvodu od výkonové (øízené) èásti elektronického relé. Tím vlastnì byla zámìna klasického mechanického relé za elektronické dokonèena. Vývoj elektronického relé tím vak nekonèil. Elektronické obvody tohoto relé umoòovaly do tohoto nového pøístroje zabudovat celou øadu dalích funkcí, velmi výhodných pro øízení výkonových spotøebièù. První z tìchto vlastností bylo spínání v nule prùbìhu napìtí sítì, kdy dochází k minimalizaci zapínacích proudových nárazù a minimalizaci ruení tímto spínacím prvkem. Dalí rozvoj vlastností elektronického relé s sebou pøinesl monost fázového a cyklového øízení spínaného výkonu a tím pomalý nábìh výkonu zátìe, zmìnu výkonu zátìe, dobìh asynchronních motorù a reverzaci chodu motorù. Teprve následnì se zaèaly rozmìry a výkony elektronických relé zmenovat a vývoj dospìl a ke vzniku elektronického relé jako kompaktní souèástky, která ji v øadì pøípadù ani nemá chladicí plochu pro pøipojení na chladiè, protoe zpracovává tak malé výkony, e je pouzdro staèí rozptýlit samo. S poklesem rozmìrù, hmotnosti a výkonu elektronických relé klesala i jejich cena, take tyto souèástky zaèaly být vyuívány i mimo klasické výkonové (silnoproudé) aplikace. Vzhledem k tomu, e není zvykem výrobcù uvádìt detailní schémata a vlastnosti vyrábìných pøístrojù, pøela tato informaèní nedostateènost i na elektronická relé ve formì souèástek, kde jinak je pomìrnì bìná dobrá detailní informovanost o vnitøním zapojení. Snad k tomu pøispívá i obvykle hybridní zapojení tìchto elektronických relé z diskrétních prvkù, SMD souèástek a zabudovaných monolitických obvodù. Malá informovanost pak má za následek dosud malé vyuívání tìchto souèástek v konstrukcích, kde mohou vyøeit celou øadu obvodových problémù, zajména galvanické oddìlení ovládaných výkonových výstupù.

A


9

O KNIZE Tato publikace se tedy snaí kromì teoretického popisu moností a vlastností elektronických relé uvést i na nìkolika pøíkladech souèástek, prodávaných na èeském trhu jejich konstrukci, schémata a odmìøené vlastnosti, dùleité pro pouití tìchto souèástek v navrhovaných a vyvíjených konstrukcích. Výrobcù elektronických relé je (zejména v USA) mnoho desítek a není technicky moné se zmínit o celém vyrábìném sortimentu tìchto obvodù. Pokud vak bude laskavý ètenáø touto publikací inspirován, snadno najde na internetu celou øadu odkazù na výrobky tohoto typu. Je potìitelné, e elektronická relé zaèínají vyrábìt i èeské firmy, napø. fa HYPEL, její výrobky lze nalézt na http://www.hypel.cz a jsou zmiòovány i v jedné kapitole této publikace. S dotazy a pøipomínkami se lze obracet na autora prostøednictvím adresy [email protected] autor.

10


A

No title

Recommend Documents