Relés de semiconductors: tipus, dispositiu i principi de funcionament

Molts lectors, escoltant la paraula "relé", segurament imaginaran una bobina en el nucli de la qual s'atreu un contacte en moviment. I això no és gens sorprenent, perquè originàriament els relés eren sempre electromagnètics, i la paraula "relé" s'entén generalment com un dispositiu electromagnètic per obrir i tancar un circuit elèctric.

No obstant això, durant molt de temps, els interruptors de semiconductors s'han utilitzat per commutar circuits elèctrics en diverses àrees de la tecnologia: transistors, tiristors, triacs. Els avenços i els relés dels semiconductors no s'han estalviat.

Malgrat que els circuits amb corrents i tensions grans es commuten tradicionalment amb l'ajuda de relés electromagnètics, avui ja és possible implementar interruptors elèctrics de semiconductors estables i potents. Aquests interruptors són relés de semiconductors o relés d'estat sòlid (de l'anglès Solid-state relay, abreujat SSR).

Així, el relé semiconductor és ara un dispositiu totalment electrònic, sense contacte mecànic mòbil, que serveix per encendre / apagar càrregues potents en circuits de potència subministrant una tensió de control baixa a l'entrada de control del dispositiu electrònic.

Dins de la carcassa del relé d'estat sòlid (d'estat sòlid) hi ha un circuit de detecció que respon al senyal de control, així com una secció d'alimentació: electrònica d'estat sòlid al costat del circuit d'alta potència.

Aquests relés s'utilitzen en circuits de CC i CA, on realitzen les mateixes funcions que els relés electromagnètics i contactors mecànics anteriors, només que ara el problema es resol sense peces mòbils al circuit de commutació. Com a resultat, gràcies als potents tiristors, triacs i transistors integrats a les carcasses dels relés, va ser possible canviar corrents de fins a centenars d'amperes sense recórrer a components mecànics.

En comparació amb els relés electromecànics, els relés d'estat sòlid tenen una velocitat de commutació segura més alta de l'ordre de centenars de microsegons, mentre que el circuit de control i el circuit d'alimentació estan completament aïllats galvànicament entre si (acostuma a utilitzar-se l'aïllament d'optoparells).

Els relés d'estat sòlid són capaços de suportar la sobrecàrrega al costat de la commutació durant un temps curt i romandre en servei, cosa que els avantpassats electromecànics no poden presumir. Al mateix temps, el relé d'estat sòlid funciona en silenci, té unes dimensions compactes, els contactes aquí no s'oxiden (ja que no hi ha contactes com a tal), no hi ha espurnes, el dispositiu no té por ni a la pols ni a les vibracions.

Per descomptat, la resistència del compost semiconductor del relé en estat conductor no és lineal i, amb corrents commutades elevades, el dispositiu necessita refredament, però els avantatges definitivament se superposen a aquests inconvenients convencionals. A més, la vida útil d'un relé d'estat sòlid es mesura en milions de cicles de commutació.

Els relés d'estat sòlid són monofàsics o trifàsics, per a la commutació de CC o CA. Els relés de commutació de CA tenen un sensor de creuament per zero integrat, de manera que la commutació es produeix amb un corrent pràcticament nul, sense danyar l'interruptor d'estat sòlid, sense sobretensions perilloses de les càrregues inductives.

Els tiristors o triacs serveixen com a interruptors en un relé de CA, i el camp o Transistors IGBT... L'alimentació es subministra al circuit de control directament des de la font del senyal de control, i el corrent de control no supera uns quants mil·liampères i el corrent de commutació pot ser desenes o centenars d'amperes.

Hi ha relés d'estat sòlid trifàsic sense inversió i inversió. Els relés inversors trifàsics tenen dues entrades de control i, a la sortida, una de les fases pot no canviar la seva posició en absolut.

En comparació amb els voluminosos arrancadors magnètics mecànics, els relés de semiconductors compactes funcionen en silenci i no es desgasten, no cal netejar periòdicament els contactes i, per a càrregues potents, n'hi ha prou amb proporcionar una bona refrigeració a la carcassa del relé, en alguns casos el radiador excepte, es proporciona la instal·lació.

Pel que fa a la producció industrial polsegosa i explosiva, aquí el relé d'estat sòlid resulta ser un autèntic salvador, ja que l'arc de contactes mecànics està exclòs per la seva absència i la carcassa segellada del relé no permetrà que l'electrònica s'embruti. .

Els relés d'estat sòlid en miniatura en una carcassa de plàstic estan disponibles per al muntatge de PCB. Aquests relés poden canviar corrents de fins a 2 amperes a una tensió de xarxa de 220-240 volts, per exemple, es pot encendre un ventilador o una bomba, una làmpada o fins i tot un petit radiador amb un senyal digital de 5 volts d'un sensor, que sol ser molt important per als entusiastes del bricolatge dels sistemes domòtics.