Для начала разберёмся, что такое твердотельное реле.
Твердотельное реле (сокр. ТТР) – это разновидность управляемых переключателей (реле) без подвижных механических частей.
Виды ТТР
Производители поставляют огромное количество вариантов твердотельных реле в различных конструктивных исполнениях. ТТР можно классифицировать по следующим признакам:
- По виду тока (для постоянного или переменного, для одно-или трёхфазных цепей);
- По типам подключаемых нагрузок (с мгновенным срабатыванием, для индуктивных или ёмкостных нагрузок различной мощности и т.п.);
- По типу корпуса/возможности монтажа (для DIN-реек, для печатных плат, для монтажа на переходных планках);
- По типу управляющего сигнала (импульсный, постоянный и т.п.);
- По другим эксплуатационным характеристикам (габариты, диапазоны рабочих температур, влажность и т.д.).
Принцип работы
Управление цепью нагрузки происходит через оптопару. Только она может обеспечить гальваническую развязку без использования механических контактов. По этой причине принимающий элемент всегда реализован на базе полупроводников и имеет следующие блоки:
1.Вход;
2.Триггерная цепь;
3.Развязка;
4.Переключатель (или переключающая цепь);
5.Защита.
Входная цепь получает управляющий сигнал и обеспечивает правильную логику подачи питания на излучающий элемент.
Свет выступает в роли своеобразного ключа.
В зависимости от логики работы реализуется тот или иной алгоритм питания нагрузки.
Преимущества
Самыми очевидными достоинствами ТТР можно назвать:
- Беззвучная работа (в сравнении с механическими реле).
- Высокая скорость срабатывания.
- Небольшие габариты.
- Большой срок эксплуатации.
- Наличие гальванической развязки с управляемой цепью.
Недостатки
К сожалению, без них никак:
- Каждое твердотельное реле рассчитано на определённый тип нагрузки, поэтому готовую модель необходимо подбирать под параметры цепи, а самодельную – правильно проектировать и рассчитывать.
- Даже при номинальной нагрузке ТТР может сильно греться. Применение радиаторов существенно увеличивает габариты схемы.
- Как и любой полупроводник, даже в закрытом состоянии ТТР имеет обратный ток и его ВАХ в целом – нелинейная.
- В зависимости от типа реализации могут присутствовать обязательные требования к соблюдению полярности.
Поэтому цепи в цепях с ТТР необходимо предусматривать системы защиты от КЗ и повышения напряжений / токов, а также от ложных срабатываний (так как чувствительность таких реле очень высока).
Схемы ТТР для постоянного тока
Наиболее популярным в радиотехнике является диапазон напряжений 5-24 В.
Для 5-ти вольтовых схем подойдёт реализация такой схемы на оптопаре. В качестве основы используется MOC3083M как наиболее доступный и практичный элемент.
Её можно использовать, например, в качестве развязки для устройств на базе Arduino (выходной сигнал как раз – 5 В).
Рис. 1. Схема ТТР для постоянного тока на оптопаре
Светодиод LD1 (это АЛ307А) используется для индикации работы ТТР (его можно заменить на простой диод с аналогичными параметрами).
V1 – семистор BT139-800 (на 16А, с изолированным анодом).
D – любой стабилитрон на 3,3 В.
R1 должен иметь теплоотвод минимум 0,5 Вт.
В идеале всю схему желательно разместить на алюминиевой подложке или на радиаторе и полностью залить компаундом (с хорошей теплопроводностью). Не стоит забывать о дополнительной изоляции греющихся полупроводников (в первую очередь семистора), особенно если они имеют открытые аноды.
Доработанный вариант для схем с повышенным напряжением – до 24 В.
Рис. 2. Доработанный вариант для схем с повышенным напряжением
Сила тока допускается в диапазоне 7-14 мА. При превышении необходимо заменить светодиод (АЛ307А рассчитан на эксплуатацию с током до 20 мА).
Автор: RadioRadar