Circuito equivalente de um relé de estado sólido

Eu quero mudar a voltagem 50V AC. A corrente máxima drenada será 5A. A frequência é de 50Hz. A velocidade de comutação não é importante, pode ser muito lenta, não é um problema no meu aplicativo.

Eu queria usar o relé de estado sólido primeiro para esse fim. Mas assim que comecei a procurar um SSR, vi que os preços deles estavam altos demais. Para uma solução alternativa mais barata, quero usar transistores MOSFET (também pode ser um tipo de transistor diferente) em vez de relé de estado sólido.

Você pode me sugerir um circuito equivalente MOSFET do relé de estado sólido com as especificações que eu dei acima?

Seguem três maneiras de fazer um SSR:

Os dois primeiros usam FETs e podem ser desligados e ligados durante um ciclo CA, conforme necessário. A velocidade de comutação precisa ser entendida. As versões de portão flutuante têm uma constante de tempo RC que controla o desligamento, a menos que seja tomado cuidado extra para evitá-lo.

O circuito TRIAC liga quando disparado e desligado no próximo cruzamento zero. Ele pode ser disparado assim que o cruzamento de zero tiver passado, mas novamente, não poderá ser desativado até o próximo cruzamento de zero. Assim, você pode obter meio-ciclo inteiro ou meio-ciclo que se estende de um ponto de queima até o final desse meio ciclo. Cargas indutivas complicam um pouco isso, mas estão fora da discussão básica.

(1) Coloque um MOSFET dentro de uma ponte de 4 diodos como a "carga". CA para ponte A entrada CA está "em curto" = ativada para CA quando o FET está ativado O portão está flutuando, portanto, é necessário obter tensão no portão. Não é difícil, mas precisa de reflexão. Diagrama aproximado - melhor depois, talvez. O transistor mostrado aqui é bipolar, mas o MOSFET faz o mesmo trabalho. O MOSFET sempre vê DC. Carga vê comutação CA. Dirija o portão com opto. Derive a energia por exemplo, alimentação do resistor do dreno para uma tampa do reservatório para acionar a porta via opto.

(2) Dois, por exemplo, MOSFETs de canal N em série - conecte a fonte à fonte e porta a porta. As entradas são 2 x drenos. Dirija o portão + ve à fonte para ligar. Portões da fonte para desligar. Novamente, portões e fontes flutuam, então você precisa levá-los até eles, mas não com dificuldade - só precisa de reflexão.

O diagrama de circuito abaixo mostra um exemplo de implementação prática deste princípio.
Observe que os FETS são canal N e que as fontes dos dois FETs estão conectadas e as portas dos dois FETs estão conectadas. Esse circuito funciona porque os MOSFETS são dois dispositivos de quadrante - ou seja, um FET de canal N pode ser ativado por uma porta positiva realtiva da fonte, independentemente de a tensão de drenagem na fonte ser + ve ou -ve. Isso significa que o FET pode conduzir "para trás" se conduzido da maneira normal. São necessários dois FETS conectados em "anti-série" (polaridade relativa oposta) por causa do "diodo do corpo" dentro de cada FET que conduz quando o FET é enviesado de maneira oposta ao habitual. Se apenas um FET fosse usado, ele seria acionado quando o FET fosse desligado quando o Dreno fosse negativo em relação à fonte.

Observe que o "isolamento" e a mudança de nível do sinal liga / desliga para as portas flutuantes são alcançados pelos capacitores 2 x 100 pF. Considere o circuito à direita como potencialmente potencial. A mão direita 74C14 forma um oscilador a cerca de 100 kHz e os dois inversores entre eles fornecem inversão de polaridade oposta através dos 2 capacitores aos 4 diodos que formam um retificador de ponte. O retificador fornece acionamento DC para os portões flutuantes do FET. A capacitância do gate provavelmente é de ~ alguns nF e isso é descarregado por R1 quando o sinal do drive é removido. Eu acho que a remoção da unidade de dados ocorreria em décimos de milésimo de segundo, mas faça você mesmo os cálculos.

O circuito é daqui e observa

• O circuito usa um pacote de inversor C-MOS barato e alguns capacitores pequenos para acionar dois transistores MOS de potência de uma fonte de 12v a 15v. Como os valores do capacitor de acoplamento usados ​​para acionar os FETs são pequenos, a corrente de fuga da linha de energia para o circuito de controle é de minúsculos 4uA. Apenas cerca de 1,5 mA de CC é necessário para ligar e desligar 400 watts de energia CA ou CC em uma carga

(3) CIRCUITO TRIAC

Você mencionou especificamente os MOSFETs.
Um TRIAC também é comumente usado em SSRs CA.
Abaixo está um circuito TRIAC típico.
L1 não pode ser usado.
C1 e R6 formam um "amortecedor" e os valores dependem das características da carga.

Os relés de estado sólido são SCRs opto-acoplados em sua forma mais simples. Você pode duplicar isso sozinho, mas fica um pouco confuso. Como os relés de estado sólido são opto-isolados, o lado de saída pode flutuar em relação ao lado de entrada, assim como um relé real.

Se você realmente precisa de isolamento, fica complicado fazer isso sozinho. Você diz que a velocidade de comutação é baixa, por que não um relé mecânico regular?

Se você não precisa de isolamento, existem várias possibilidades. Uma é usar um triac e controlá-lo diretamente do seu circuito. Para detalhes, precisamos saber mais sobre como essa fonte de alimentação de 50V é referenciada (ou não) a qualquer fonte de alimentação disponível.

Você está absolutamente certo, os SSRs são caros . A alternativa mais simples é rolar o seu próprio usando um triac + poder opto-triac:

Isso custa 80% menos que o SSR equivalente.

O MOC3041 comuta no cruzamento de zero da tensão, o que pode ser uma vantagem. Se você não precisar disso, o MOC3051 é um opto-triac de comutação aleatória. Uma desvantagem do uso de um triac pode ser a queda de tensão de alguns volts e, quando a tensão de comutação é de apenas 50V, a perda é maior em comparação do que, por exemplo, em 230V.
Um MOSFET como elemento de comutação pode parecer uma idéia melhor, mas se você usá-lo na ponte como na solução de Russell, você terá a mesma queda de tensão de qualquer maneira, mas desta vez através dos diodos.

A melhor solução em relação à queda de tensão é o bom e velho relé eletromecânico . Dependendo do tipo de carga, você terá que reduzir o valor do relé, para que, para a troca de 5A, seja necessária uma versão de 16A. O preço do relé 16A é comparável ao SSR DIY.