ورودی رله حالت جامد

ورودی رله حالت جامد:
یکی از قطعات اصلی یک رله حالت جامد (SSR)، اپتوایزولاتور (اپتوکوپلر) است که از یک (یا چند) دیود مادون قرمز و یک قطعه حساس به نور تشکیل شده است. اپتوکوپلر ورودی را از خروجی ایزوله می کند.

دیود نورانی یا LED به بخش ورودی SSR متصل می شود و در ناحیه ای کوپل نوری را با ترانزیستور، زوج دارلینگتون یا ترایاک حساس به نور مهیا می کند. وقتی جریان از LED عبور کند، این قطعه روشن می شود و نور آن از طریق فاصله هوایی به یک فتوترانزیستور یا فتوترایاک می رسد.

بنابراین، خروجی یک رله حالت جامد اپتوکوپل با انرژی دادن یک سیگنال ولتاژ پایین به این LED روشن می شود.

از آن جایی که تنها اتصال بین ورودی و خروجی پرتو نور است، ایزولاسیون ولتاژ بالا (معمولاً چند هزار ولت) را می توان با این جداسازی نوری درونی انجام داد.

اپتوکوپلر علاوه بر یک ایزوله سازی ورودی-خروجی بالاتر، می تواند سیگنال های DC و فرکانس پایین را نیز انقال دهد. همچنین، LED و قطعه حساس به نور را می توان با استفاده از فیبر نوری از یکدیگر کاملاً جدا کرد.

مدار ورودی یک SSR ممکن است از فقط یک مقاومت محدود کننده جریان سری با LED اپتوکوپلر یا یک مدار پیچیده تر با یکسوسازی، تنظیم جریان، حفاظت پلاریته معکوس، فیلترسازی و… تشکیل شده باشد.

برای فعال یا روشن (ON) کردن رله حالت جامد به حالت هدایت، یک ولتاژ بزرگ تر از مقدار مینیمم (معمولاً 3 ولت DC) باید به ترمینال های ورودی آن اعمال کرد (معادل با رله پیچه ای الکترومکانیکی).

مطابق شکل زیر می توان سیگنال DC را از یک سوئیچ مکانیکی، یک گیت منطقی یا میکروکنترلر تأمین کرد. شکل زیر، مدارهای مختلف ورودی DC رله حالت جامد را نشان می دهد.

ولتاژ منبع در هنگام استفاده از کنتاکت های مکانیکی، سوئیچ ها، شستی، سایر کنتاکت های رله ای و… به عنوان سیگنال فعال ساز، می تواند برابر با حداقل مقدار ولتاژ ورودی SSR باشد، در حالی که وقتی از قطعات حالت جامد مانند ترانزیستورها، گیت ها و میکروکنترلرها استفاده می کنیم، به دلیل افت ولتاژ داخلی قطعات سوئیچینگ، باید ولتاژ تغذیه مینیمم را به اندازه 1 تا 2 ولت بزرگ تر از ولتاژ روشن بودن (Turn-on) رله حالت جامد در نظر گرفت.

مشابه استفاده از یک ولتاژ DC، چه به عنوان منبع و چه بار، برای سوئیچ رله حالت جامد به وضعیت هدایت، می توانیم از یک شکل موج سینوسی با اضافه کردن یکسوساز پل برای یکسوسازی تمام موج و یک مدار فیلتر برای ورودی DC مطابق شکل زیر استفاده کنیم.

یکسوساز پل یک ولتاژ سینوسی را به پالس های یکسو شده تمام موج در دو برابر فرکانس ورودی تبدیل می کند. مشکلی که در اینجا وجود دارد این است که این پالس های ولتاژ در ولتاژهای صفر شروع می شوند و پایان می یابند.

این بدین معنی است که پالس ها الزامات حداقل ولتاژ روشن کردن ترشهلد ورودی SSR را برقرار نمی کنند و این امر سبب می شود خروجی در هر نیم سیکل روشن و خاموش شود.

برای غلبه بر این مشکلِ آتش های خروجی نامنظم، می توانیم ریپل های یکسو شده را با استفاده از خازن صافیC1در خروجی پل یکسوساز نرم کنیم.

اثر شارژ و دشارژ خازن مؤلفه DC سیگنال یکسو شده را به بالاتر از مقدار ولتاژ روشن شدن ماکزیمم ورودی رله حالت جامد افزایش خواهد داد. در نتیجه، با اینکه یک شکل موج ولتاژ سینوسی مورد استفاده قرار می گیرد، ورودی SSR به عنوان یک ولتاژ DC ثابت دیده می شود.

مقادیر افت ولتاژ مقاومتR1 و خازن هموارسازC1 و همچنین امپدانس ورودی رله حالت جامد با توجه به ولتاژ تغذیه 120 ولت AC یا 240 ولت AC انتخاب می شوند. این مقادیر در حدود 40kΩ و 10μF هستند.

در نتیجه، با افزودن این یکسوساز پل و مدار خازن هموارسازِ شکل موج، می توان یک رله حالت جامد DC استاندارد را با استفاده از یک منبع AC یا DC بدون پلاریته کنترل کرد. البته، تولیدکنندگان رله های حالت جامد با ورودی AC (معمولاً 90 تا 280 ولت) را تولید می کنند و می فروشند.