Halbleiterrelais zum Selbermachen: Montageanleitung und Anschlusstipps
Ein Halbleiterrelais (SSR) ist ein Gerät aus einer Reihe nichtmechanischer elektronischer Komponenten.Das Fehlen von Mechaniken eröffnet Elektronikbegeisterten mehr Möglichkeiten, ein Halbleiterrelais mit eigenen Händen für den persönlichen Gebrauch herzustellen.
Betrachten wir diese Möglichkeit genauer.
Der Inhalt des Artikels:
Aufbau und Funktionsprinzip von TTR
Während die meisten dieser elektronischen Geräte traditionell bewegliche Teile von Kontaktgruppen enthalten, gibt es bei einem Halbleiterrelais überhaupt keine derartigen Teile. Die Stromkreisumschaltung durch den Gerätestromkreis erfolgt nach dem Prinzip eines elektronischen Schlüssels. Und die Rolle elektronischer Schlüssel spielen normalerweise Halbleiter, die in das Relaisgehäuse eingebaut sind – Leistungstransistoren, Triacs, Thyristoren.
Bevor Sie versuchen, selbst ein Halbleiterrelais herzustellen, ist es logisch, sich mit dem grundlegenden Aufbau solcher Geräte vertraut zu machen und das Funktionsprinzip zu verstehen.
Im Rahmen einer gründlichen Untersuchung des Geräts sollte man sofort die vorteilhaften Aspekte von TTP hervorheben:
- Schalten einer starken Last;
- hohe Schaltgeschwindigkeit;
- ideale galvanische Trennung;
- Fähigkeit, hohe Überlastungen kurzzeitig zu halten.
Unter den mechanischen Strukturen ist es wirklich nicht möglich, ein Relais mit ähnlichen Parametern zu finden. Generell lassen sich die Vorteile von Halbleiterrelais gegenüber ihren mechanischen Gegenstücken in einer beeindruckenden Liste zusammenfassen.
Die Einsatzbedingungen für TSR schränken den Einsatz dieser Geräte praktisch nicht ein. Darüber hinaus wirkt sich der Verzicht auf bewegliche mechanische Teile positiv auf die Lebensdauer der Geräte aus. Es gibt also allen Grund, mit der Arbeit an einem Halbleiterrelais zu beginnen – das Gerät selbst zusammenzubauen.
Der Fairness halber sind jedoch neben den positiven Aspekten auch die Eigenschaften des Relais zu erwähnen, die als Nachteile bezeichnet werden. Für den Betrieb leistungsstarker Geräte ist daher in der Regel ein zusätzliches Konstruktionsbauteil erforderlich, das der Wärmeabfuhr dienen soll.
Kühlkörper für Halbleiterrelais haben Gesamtabmessungen, die um ein Vielfaches größer sind als die Abmessungen von Halbleiterrelais, was den Komfort und die Rationalität der Installation verringert.
TSR-Geräte erzeugen im Betrieb (im geschlossenen Zustand) einen Sperrableitstrom und zeigen eine nichtlineare Strom-Spannungs-Kennlinie. Nicht alle Halbleiterrelais sind ohne Einschränkungen in der Charakteristik der geschalteten Spannungen einsetzbar.
Bestimmte Gerätetypen sind nur für das Schalten von Gleichstrom ausgelegt. Die Einführung von Halbleiterrelais in einen Stromkreis erfordert in der Regel zusätzliche Maßnahmen zur Unterdrückung von Fehlalarmen.
Halbleiterrelais sind im Allgemeinen häufig zu finden Schalttafel der Wohnung.
Wie funktioniert ein Halbleiterrelais?
Das Steuersignal (normalerweise eine Niederspannungsspannung, die beispielsweise von einem Steuercontroller kommt) wird der LED des im SSR-Schaltkreis vorhandenen optoelektronischen Paares zugeführt. Die LED beginnt, Licht in Richtung der Fotodiode zu emittieren, die sich wiederum öffnet und beginnt, Strom durchzulassen.
Der durch die Fotodiode fließende Strom gelangt an die Steuerelektrode des Schlüsseltransistors oder Thyristors. Der Schlüssel öffnet und schließt den Laststromkreis.
So funktioniert die Schaltfunktion des Gerätes. Die gesamte Elektronik ist traditionell in einem monolithischen Gehäuse untergebracht. Aus diesem Grund wurde das Gerät auch als Halbleiterrelais bezeichnet.
Lesen Sie hier, wie Sie ein Halbleiterrelais anschließen dieses Material.
Arten von Halbleiterschaltern
Das gesamte bestehende Gerätesortiment lässt sich nach der Kategorie der angeschlossenen Last, den Merkmalen der Spannungsregelung und -schaltung in Gruppen einteilen.
Somit wird es insgesamt drei Gruppen geben:
- Geräte, die in Gleichstromkreisen betrieben werden.
- Geräte, die in Wechselstromkreisen betrieben werden.
- Universelle Designs.
Die erste Gruppe bilden Geräte mit Betriebssteuerspannungsparametern von 3 – 32 Volt. Hierbei handelt es sich um relativ kleine Elektronikgeräte, die mit einer LED-Anzeige ausgestattet sind und bei Temperaturen von -35 / +75 °C ohne Unterbrechung funktionieren.
Die zweite Gruppe sind Geräte, die zum Einbau in Wechselspannungsnetze bestimmt sind. Hier sind die Ausführungen von TSRs für den Einbau in Wechselstromnetze, gesteuert mit einer Spannung von 24 - 250 Volt. Es gibt Geräte, die Hochleistungslasten schalten können.
Die dritte Gruppe sind Geräte für den universellen Einsatz. Die Schaltung dieses Gerätetyps unterstützt die manuelle Konfiguration für den Einsatz unter bestimmten Bedingungen.
Basierend auf der Art der angeschlossenen Last sind zwei Arten von AC-Halbleiterrelais zu unterscheiden: einphasig und dreiphasig. Beide Typen sind für das Schalten relativ starker Lasten mit Strömen von 10 - 75 A ausgelegt. In diesem Fall können kurzfristige Spitzenstromwerte 500 A erreichen.
Die von Halbleiterrelais geschaltete Last kann ein kapazitiver, ohmscher oder induktiver Stromkreis sein. Die Schalterkonstruktionen ermöglichen eine reibungslose Steuerung von beispielsweise Heizelementen, Glühlampen und Elektromotoren ohne unnötige Geräusche.
Die Betriebssicherheit ist recht hoch. Die Stabilität und Haltbarkeit von Halbleiterrelais hängt jedoch in vielerlei Hinsicht von der Qualität der Produktherstellung ab. So zeichnen sich Geräte der Marke „Impuls“ oft durch ihre kurze Lebensdauer aus.
Andererseits lassen die Produkte von Schneider Electric keinen Raum für Kritik.
Wie erstelle ich ein TTP mit eigenen Händen?
Unter Berücksichtigung der Konstruktionsmerkmale des Geräts (Monolith) wird die Schaltung nicht wie üblich auf einer Textolite-Platine, sondern durch Oberflächenmontage montiert.
Es gibt viele Schaltungslösungen in dieser Richtung, die gefunden werden können. Die konkrete Option hängt von der erforderlichen Schaltleistung und anderen Parametern ab.
Elektronische Komponenten für die Schaltungsmontage
Die Liste der Elemente einer einfachen Schaltung für die praktische Entwicklung und den Bau eines Halbleiterrelais mit eigenen Händen lautet wie folgt:
- Optokoppler Typ MOS3083.
- Triac-Typ VT139-800.
- Transistorserie KT209.
- Widerstände, Zenerdiode, LED.
Alle angegebenen elektronischen Komponenten werden durch Oberflächenmontage nach folgendem Schema verlötet:
Dank der Verwendung des MOS3083-Optokopplers in der Steuersignalerzeugungsschaltung kann die Eingangsspannung zwischen 5 und 24 Volt variieren.
Und dank einer Kette bestehend aus einer Zenerdiode und einem Begrenzungswiderstand wird der durch die Kontroll-LED fließende Strom auf ein Minimum reduziert. Diese Lösung gewährleistet eine lange Lebensdauer der Kontroll-LED.
Überprüfung der zusammengebauten Schaltung auf Funktionsfähigkeit
Die zusammengebaute Schaltung muss auf Funktionsfähigkeit überprüft werden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, über einen Triac eine Lastspannung von 220 Volt an den Schaltkreis anzuschließen. Es reicht aus, ein Messgerät – Tester – parallel zur Triac-Kommutierungsleitung anzuschließen.
Der Messmodus des Testers muss auf „mOhm“ eingestellt sein und der Steuerspannungserzeugungskreis muss mit Strom (5-24 V) versorgt werden. Wenn alles korrekt funktioniert, sollte der Tester einen Widerstandsunterschied von „mOhm“ zu „kOhm“ anzeigen.
Bau eines monolithischen Körpers
Unter dem Gehäuseboden des zukünftigen Halbleiterrelais benötigen Sie eine 3-5 mm dicke Aluminiumplatte. Die Abmessungen der Platte sind nicht kritisch, müssen jedoch den Bedingungen für eine effektive Wärmeabfuhr vom Triac beim Erhitzen dieses elektronischen Elements entsprechen.
Die Oberfläche der Aluminiumplatte muss eben sein. Zusätzlich müssen beide Seiten bearbeitet – mit feinem Schleifpapier gereinigt und poliert werden.
Im nächsten Schritt wird die vorbereitete Platte mit einer „Schalung“ ausgestattet – ein Rand aus dickem Karton oder Kunststoff wird umlaufend aufgeklebt. Sie sollten eine Art Box erhalten, die später mit Epoxidharz gefüllt wird.
In der erstellten Box wird eine elektronische Halbleiterrelaisschaltung mit einem „Baldachin“ platziert. Nur der Triac wird auf der Oberfläche der Aluminiumplatte platziert.
Keine anderen Schaltkreisteile oder Leiter dürfen das Aluminiumsubstrat berühren. Der Triac wird mit dem Teil des Gehäuses, der für die Montage an einem Kühler vorgesehen ist, am Aluminium befestigt.
Im Kontaktbereich des Triac-Körpers und des Aluminiumsubstrats sollte Wärmeleitpaste verwendet werden. Einige Triac-Marken mit nicht isolierter Anode müssen durch eine Glimmerdichtung installiert werden.
Der Triac muss mit einem Gewicht fest an die Basis gedrückt und am Umfang mit Epoxidkleber gefüllt oder auf irgendeine Weise befestigt werden, ohne die glatte Oberfläche der Rückseite des Substrats zu beschädigen (z. B. mit einer Niete).
Vorbereiten der Masse und Gießen des Körpers
Um den festen Körper eines elektronischen Geräts herzustellen, müssen Sie eine Verbundmischung herstellen. Die Zusammensetzung der Compound-Mischung erfolgt auf Basis von zwei Komponenten:
- Epoxidharz ohne Härter.
- Alabasterpulver.
Durch die Zugabe von Alabaster löst der Meister gleich zwei Probleme: Er erhält bei nominalem Epoxidharzverbrauch ein erschöpfendes Volumen der Gießmasse und schafft eine Füllung mit optimaler Konsistenz.
Die Mischung muss gründlich gemischt werden. Anschließend können Sie den Härter hinzufügen und erneut gründlich mischen. Anschließend wird die „aufklappbare“ Installation im Inneren des Kartons sorgfältig mit der entstandenen Masse gefüllt.
Die Befüllung erfolgt bis zum oberen Füllstand, sodass nur ein Teil des Kontroll-LED-Kopfes auf der Oberfläche verbleibt. Anfangs sieht die Oberfläche der Verbindung vielleicht nicht ganz glatt aus, aber nach einiger Zeit wird sich das Bild ändern. Es bleibt nur noch abzuwarten, bis der Guss vollständig ausgehärtet ist.
Tatsächlich können Sie jede zum Gießen geeignete Lösung verwenden.Das Hauptkriterium besteht darin, dass die Gussmasse nicht elektrisch leitend sein darf und dass nach dem Erstarren eine gute Gusssteifigkeit entsteht. Das gegossene Gehäuse des Halbleiterrelais ist eine Art Schutz für die elektronische Schaltung vor unbeabsichtigter physischer Beschädigung.
Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema
Dieses Video zeigt, wie und auf Basis welcher elektronischen Komponenten ein Halbleiterrelais hergestellt werden kann. Der Autor spricht anschaulich über alle Einzelheiten der Herstellungspraktiken, die ihm persönlich bei der Herstellung eines elektronischen Schalters begegnet sind:
Video über ein Problem, das nach dem Kauf eines einphasigen Halbleiterrelais von Verkäufern aus China auftreten kann. Nebenbei führt er eine Art Überprüfung des Designs des Schaltgerätes durch:
Die Eigenfertigung von Halbleiterrelais ist eine durchaus mögliche Lösung, allerdings in Bezug auf Produkte für Niederspannungslasten, die relativ wenig Strom verbrauchen.
Es ist schwierig, mit eigenen Händen leistungsstärkere und spannungsreichere Geräte herzustellen. Und dieses finanzielle Unterfangen wird genauso viel kosten, wie die Fabrikkopie wert ist. So ist es bei Bedarf einfacher, ein fertiges Industriegerät zu kaufen.
Wenn Sie Fragen zum Zusammenbau eines Halbleiterrelais haben, stellen Sie diese bitte im Kommentarbereich und wir werden versuchen, ihnen eine sehr klare Antwort zu geben. Dort können Sie Ihre Erfahrungen mit der Herstellung von Relais selbst teilen oder wertvolle Informationen zum Thema des Artikels liefern.
