تعریف رله حالت جامد

تعریف رله حالت جامد:
علی رغم اینکه رله های الکترومکانیکی (EMR) ارزان هستند و استفاده از آن ساده است و با کمک آن ها می توان یک مدار با بار بزرگ را - که از نظر الکتریکی از سیگنال ورودی ایزوله است - با توان کمی کنترل کرد.

اصلی ترین عیب آن ها این است که «قطعاتی مکانیکی» هستند و بخش های متحرکی دارند که سرعت سوئیچینگ (پاسخ زمانی) آن ها به دلیل حرکت کنتاکت های فلزی توسط میدان مغناطیسی آهسته و کند است.

با گذشت زمان، این بخش های متحرک فرسوده و خراب می شوند. همچنین ممکن است مقاومت رسانایی در هنگام آرک زدن کنتاکت های رله سبب ناپایداری آن شود و طول عمر آن را کم کند.

علاوه بر این، این نوع رله ها از نظر الکتریکی با وجود کنتاکت ها نویز داشته و مشکلاتی از قبیل لرزش اتصال قطع و وصل کنترل نشده، و در عین حال محدود اتصالات دارند که به نوبه خود روی مدارهای الکترونیکی مرتبط و متصل به آن اثر می گذارد.

برای غلبه بر این معایب رله های الکتریکی، نوع دیگری رله به نام «رله حالت جامد» (Solid State Relay) یا SSR وجود دارد که به طور خلاصه می توان گفت یک رله الکترونیکی خالص و بدون تماس حالت جامد است.

رله حالت جامد یک قطعه الکترونیکی بدون بخش مکانیکی است که در طراحی خود بخش متحرکی ندارد. در این رله به جای کنتاکت های مکانیکی و متحرک از ترانزیستورها، تریستورها یا ترایاک های توان استفاده شده است. جداسازی الکتریکی بین سیگنال کنترل ورودی و ولتاژ بار خروجی نیز با کمک یک سنسور نوری (اپتوکوپلر) انجام می شود.

رله حالت جامد قابلیت اطمینان بالایی دارد و طول عمر آن زیاد است. همچنین تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را کاهش می دهد (آرک زدن کنتاکت ها یا میدان های مغناطیسی وجود ندارد) و پاسخ زمانی بسیار سریع تری نسبت به رله های الکترومکانیکی متداول دارد.

همچنین، رله های حالت جامد عموماً به توان کنترل ورودی کمی نیاز دارند و به همین دلیل، بدون نیاز به بافر، درایور یا تقویت کننده های اضافه با اغلب ICها سازگارند.

البته به دلیل ماهیت نیمه هادی بودن این قطعات باید برای آن ها هیت سینک های (Heat Sink) مناسبی تعبیه کرد تا از داغ شدن بیش از حدشان جلوگیری شود.

رله های حالت جامد AC در نقطه عبور از صفر شکل موج سینوسی AC روشن یا "ON" می شوند و از جریان های هجومی در هنگام سوئیچینگ بارهای سلفی یا خازنی جلوگیری می کنند، زیرا ماهیت خاموش یا "OFF" شدن تریستورها و ترایاک ها سبب کاهش آرک کنتاکت ها نسبت به رله های الکترومکانیکی می شود.

مشابه رله های الکترومکانیکی، معمولاً لازم است یک مدار اسنابر RC در خروجی رله حالت جامد قرار داد تا از قطعه سوئیچینگ نیمه هادی آن در برابر نویز و ولتاژهای ناگهانی هنگام کار با بارهای بسیار سلفی و بسیبار خازنی محافظت شود.

در اغلب SSRهای مدرن، این مدار اسنابر RC در خود رله تعبیه شده است و دیگر نیازی به اجزای خارجی اضافه برای حفاظت مدار نیست.

علاوه بر این، رله های حالت جامد سوئیچینگ با قابلیت تشخیص عبور از غیرصفر (ON شدن لحظه ای) نیز برای کاربردهای کنترل فاز مانند کم و زیاد کردن نور در کنسرت ها و… یا کاربردهای کنترل موتور موجود هستند.

از آن جایی که قطعه سوئیچینگ خروجی رله حالت جامد یک قطعه نیمه هادی (ترانزیستور برای کاربردهای سوئیچینگ DC یا ترکیب ترایاک/تریستور برای سوئیچینگ AC) است، وقتی SSR روشن می شود، افت ولتاژ ترمینال های خروجی آن بسیار بزرگ تر از رله الکترومکانیکی و معمولاً بین 1.5 تا 2 ولت است.

اگر جریان های بزرگ سوئیچینگ برای بازه های زمانی طولانی تر وجود داشته باشد، به یک هیت سینک اضافه نیاز است.