Oude mechanische relais worden gekenmerkt door twee nadelen: lage snelheid en beperkte middelen in het aantal toegestane schakelingen. De elektronische schakelaars die ze hebben vervangen (een andere naam is een solid-state transistor of triac-relais) missen deze tekortkomingen, die de aandacht van elektronicadeskundigen trokken. De afwezigheid van mechanische onderdelen en de eenvoud van het circuit maken het gemakkelijk om ze thuis te monteren. Vertrouwd raken met de taak zal helpen vertrouwd te raken met de kenmerken van het apparaat en het werkingsprincipe van deze elementen.
Wat zijn halfgeleiderrelais en hun classificatie
Halfgeleiderrelais (of TTR's) zijn elektronische apparaten met een structuur die geen mechanische componenten bevat. Het principe van hun werking is gebaseerd op de kenmerken van het werk van halfgeleiderovergangen, die zich onderscheiden door een hoge schakelsnelheid en bescherming tegen fysieke velden.
Het schakelen van halfgeleiderrelais is gebaseerd op het principe van het activeren van een elektronische sleutel.
Veelgebruikte elektronische componenten zoals transistors, diodes of thyristors worden traditioneel gebruikt als sleutelelementen in deze producten. Afhankelijk van de structuren die bij de fabricage worden gebruikt, zijn de TTR's onderverdeeld in apparaten die zijn gebouwd op basis van een van de vermelde elementen (relais op triacs bijvoorbeeld).
In overeenstemming met de bedrijfsmodi en het type schakelspanningen zijn monsters van halfgeleiderrelais vervaardigd op basis van halfgeleiders onderverdeeld in de volgende groepen:
- DC-schakelapparatuur;
- apparaten die de werking van laadlijnen regelen met variabele stroomparameters;
- universele producten actief in verschillende ketens.
De eerste apparaten worden gekenmerkt door een constante spanningsregeling van niet meer dan 32 volt. Vertegenwoordigers van de twee overgebleven posities zijn in staat om van significant potentieel (tot tientallen kilovolt) te wisselen.
Voordelen van TTR
De voordelen van het relais zijn onder meer:
- de mogelijkheid om relatief krachtige belastingen te schakelen;
- hoge snelheid;
- werk in de omstandigheden van galvanische isolatie;
- vermogen om kortstondige overbelasting te weerstaan.
Geen enkel monster van mechanische of elektromechanische producten kan concurreren met elektronische schakelaars. Daarom vervingen nieuwe structuren op basis van halfgeleiders oude mechanische monsters volledig.
Door de unieke operationele kenmerken van de TTR kunnen ze zonder enige beperking worden gebruikt terwijl de reactietijd wordt verlengd. Al deze voordelen van deze apparaten zijn een uitstekende reden om te proberen met uw eigen handen een solid-state relais te monteren. De nadelen van deze producten zijn onder meer de behoefte aan extra vermogen en de noodzaak om overtollige warmte te verwijderen die wordt gegenereerd bij het werken met krachtige belastingen.
Doe het zelf
Om met uw eigen handen een stroomrelais te maken, moet u een aantal elektronische componenten inslaan die de basis vormen van schakelcircuits. Er zijn ook speciale materialen nodig waaruit de behuizing van een zelfgemaakt relais wordt gemaakt.
Elektronische elementen
De volgende gemeenschappelijke onderdelen worden meestal gebruikt als elektronische componenten die worden gebruikt bij de onafhankelijke vervaardiging van het eenvoudigste TTR-monster:
- optocoupler MOS3083;
- Triac VT139-800;
- bipolaire transistorreeks KT209;
- een set weerstanden, evenals een zenerdiode en een LED, die dient als indicator voor de werking van het relais.
De vermelde elektronische elementen worden scharnierend gesoldeerd volgens het schema in de bronnen. Samen met andere componenten bevat het een sleuteltransistor, die gestabiliseerde pulsen levert aan de stuurdiode van het optocoupler-paar.
Het voedingsmoment wordt bepaald door een LED-element, waarvan het gebruik in het actuatorcircuit visuele controle mogelijk maakt.
Onder invloed van deze pulsen vindt een onmiddellijke uitschakeling plaats van een halfgeleidertriac die is aangesloten op een geschakelde schakeling. Het gebruik van een optocoupler-paar in een dergelijk circuit maakt het mogelijk om constante potentialen van 5 tot 24 volt te regelen.
Een begrenzingsketen van een weerstand met een zenerdiode is nodig om de amplitude van de stroom die door de LED en het regelelement stroomt tot een minimum te beperken. Met een dergelijke circuitoplossing kunt u de levensduur van de meeste elementen die bij de constructie van het circuit zijn gebruikt, verlengen.
Case ontwerp (samengestelde vulling)
Voor de vervaardiging van de behuizing van het geprefabriceerde product is allereerst een aluminium plaat met een dikte van 3-5 mm nodig, deze zal dienen als basis voor elektronische montage. Afmetingen worden willekeurig gekozen, op voorwaarde dat ze een goede warmteafvoer in de omgeving garanderen. Een andere vereiste voor dit onderdeel is een goed bewerkt, absoluut glad oppervlak, gepolijst met speciaal gereedschap of gepolijst met schuurpapier tot een glans.
Bij de volgende stap van het voorbereiden van de koffer is de plaat die als basis is gekozen, uitgerust met een rand van een strook karton die rondom de omtrek is gelijmd. Het resultaat is een kleine doos die is ontworpen om het eerder geassembleerde elektronische circuit te herbergen. Op basis van de componenten is alleen een triac stevig bevestigd, alle andere elementen worden binnen de behuizing gehouden vanwege hun eigen verbindingen.
Om verbinding te maken met de belasting en voeding, worden de bijbehorende geleiders naar de buitenkant van de kast geleid.
In de toekomst worden betrouwbare bevestigingsmiddelen van het gehele samenstel geleverd door een vloeibare samenstelling die in de doos wordt gegoten en van tevoren in een geschikte container wordt voorbereid. Na uitharding ontstaat een monolithische structuur, die qua bescherming tegen trillingen en andere invloeden niet onderdoet voor de beste industriële ontwerpen. Het enige nadeel is het onvermogen om te demonteren met het oog op latere reparatie van het circuit.
Soorten TTR
Bij het samenstellen van DIY solid-state relaiscircuits, moet er rekening mee worden gehouden dat een verscheidenheid aan componenten voor deze doeleinden kan worden gebruikt. Niets weerhoudt iemand die werk heeft genomen om bijvoorbeeld te kiezen voor moderne veldeffecttransistors, die zich onderscheiden door hoge snelheid en laag energieverbruik. Deze elementen worden alleen beheerd door potentiëlen, waardoor het mogelijk wordt om van voldoende krachtige consumenten te wisselen. Veldstructuren zoals MOSFET's kunnen belastingscircuits schakelen met een vermogen van tientallen kW.
Voor zelfvervaardiging van een halfgeleiderrelais is het toegestaan om andere halfgeleiderstructuren te selecteren die stroomcircuits kunnen besturen: bijvoorbeeld thyristors of bipolaire transistors. Het belangrijkste is dat ze voldoen aan de vereisten voor de functionaliteit van dit circuit en de bedrijfsparameters van de elementen die in de structuur zijn opgenomen. Al het andere hangt af van de paraatheid en aandacht van de uitvoerder.
