Ersatzschaltbild eines Halbleiterrelais

Ich möchte 50V Wechselspannung schalten. Der maximale Entladestrom beträgt 5A. Die Frequenz beträgt 50Hz. Schaltgeschwindigkeit ist nicht wichtig, kann sehr langsam sein, es ist kein Problem in meiner Anwendung.

Zu diesem Zweck wollte ich zunächst ein Halbleiterrelais verwenden. Aber als ich anfing, eine SSR zu durchsuchen, sah ich, dass ihre Preise zu hoch sind. Für eine billigere alternative Lösung möchte ich MOSFET-Transistoren (kann auch ein anderer Transistortyp sein) anstelle von Halbleiterrelais verwenden.

Können Sie mir ein MOSFET-Ersatzschaltbild des Halbleiterrelais mit den oben angegebenen Spezifikationen vorschlagen?

Es gibt drei Möglichkeiten, eine SSR zu erstellen:

Die ersten beiden verwenden FETs und können nach Bedarf während eines Wechselstromzyklus ein- und ausgeschaltet werden. Schaltgeschwindigkeit muss verstanden werden. Die Floating-Gate-Versionen verfügen über eine RC-Zeitkonstante, die das Ausschalten steuert, sofern nicht besonders darauf geachtet wird, dies zu vermeiden.

Die TRIAC-Schaltung wird beim nächsten Nulldurchgang ein- und ausgeschaltet. Es kann ausgelöst werden, sobald der Nulldurchgang verstrichen ist, kann dann aber erst beim nächsten Nulldurchgang wieder ausgeschaltet werden. Sie können also ganze oder teilweise halbe Zyklen erhalten, die sich vom Brennpunkt bis zum Ende dieses halben Zyklus erstrecken. Induktive Lasten erschweren dies geringfügig, liegen jedoch außerhalb der Grunddiskussion.

(1) Platzieren Sie einen MOSFET in einer 4-Dioden-Brücke als "Last". Wechselstrom zum Überbrücken des Wechselstromeingangs ist "kurzgeschlossen" = eingeschaltet, wenn der FET eingeschaltet ist. Nicht schwer, aber muss nachgedacht werden. Grobes Diagramm - vielleicht später besser. Der hier gezeigte Transistor ist bipolar, aber der MOSFET erledigt den gleichen Job. MOSFET sieht immer DC. Last sieht Wechselstromumschaltung. Tor mit Opto fahren. Leiten Sie die Leistung ab, indem Sie z. B. den Widerstand vom Drain zum Tankdeckel speisen, um das Gate über den Opto anzusteuern.

(2) Zwei z. B. N-Kanal-MOSFETs in Reihe - verbinden Source mit Source und Gate mit Gate. Eingänge sind 2 x Abflüsse. Fahre Gate + ve zur Quelle, um es einzuschalten. Tore zur Quelle zum Ausschalten. Auch hier schweben Tore und Quellen, so dass Sie zu ihnen fahren müssen, aber es ist nicht schwer - Sie müssen nur nachdenken.

Das folgende Schaltbild zeigt ein Beispiel für die praktische Umsetzung dieses Prinzips.
Es ist zu beachten, dass die FETs beide N-Kanal sind und dass die Sources beider FETs verbunden sind und die Gates beider FETs verbunden sind. Diese Schaltung funktioniert, weil MOSFETs zwei Quadranten-Bauelemente sind - das heißt, ein N-Kanal-FET kann durch ein positives Gate eingeschaltet werden, unabhängig davon, ob die Spannung zwischen Drain und Source + ve oder -ve ist. Dies bedeutet, dass der FET "rückwärts" leiten kann, wenn er auf normale Weise angesteuert wird. Es sind zwei FETs erforderlich, die in "Anti-Serie" (entgegengesetzter relativer Polarität) geschaltet sind, da in jedem FET eine "Body-Diode" vorhanden ist, die leitet, wenn der FET entgegen der üblichen Vorspannung betrieben wird. Wenn nur ein FET verwendet würde, würde er leiten, wenn der FET ausgeschaltet würde, wenn der Drain relativ zur Source negativ war.

Es ist zu beachten, dass die "Isolation" und Pegelverschiebung des Ein / Aus-Signals zu den schwebenden Gates durch die Kondensatoren mit 2 × 100 pF erreicht wird. Betrachten Sie die Schaltung rechts als potentiell auf Netzpotential. Der rechte 74C14 bildet einen Oszillator bei ungefähr 100 kHz und die zwei Inverter zwischen ihnen liefern eine Ansteuerung mit entgegengesetzter Polarität über die 2 Kondensatoren zu den 4 Dioden, die einen Brückengleichrichter bilden. Der Gleichrichter versorgt die schwebenden FET-Gatter mit Gleichstrom. Die Gatekapazität beträgt wahrscheinlich ~ einige nF und wird durch R1 entladen, wenn das Ansteuersignal entfernt wird. Ich würde davon ausgehen, dass die Entfernung des Laufwerks in Zehntel-Millisekunden erfolgen würde, aber führen Sie die Berechnungen selbst durch.

Die Schaltung ist von hier und Notizen

• Die Schaltung verwendet ein kostengünstiges C-MOS-Wechselrichterpaket und einige kleine Kondensatoren, um zwei Leistungs-MOS-Transistoren von einer 12-V- auf eine 15-V-Versorgung anzusteuern. Da die zum Ansteuern der FETs verwendeten Koppelkondensatorwerte klein sind, beträgt der Leckstrom von der Stromleitung in den Steuerkreis winzige 4 uA. Zum Ein- und Ausschalten von 400 Watt Wechsel- oder Gleichstrom für eine Last sind nur etwa 1,5 mA Gleichstrom erforderlich

(3) TRIAC-SCHALTUNG

Sie haben speziell MOSFETs erwähnt.
Ein TRIAC wird auch häufig in AC-SSRs verwendet.
Unten sehen Sie eine typische TRIAC-Schaltung.
L1 darf nicht verwendet werden.
C1 & R6 bilden einen "Snubber" und die Werte hängen von den Lastkennlinien ab.

Halbleiterrelais sind in ihrer einfachsten Form optisch an hintere SCRs gekoppelt. Sie können das selbst kopieren, aber es wird ein bisschen chaotisch. Da Halbleiterrelais optisch isoliert sind, kann die Ausgangsseite wie ein echtes Relais gegenüber der Eingangsseite schweben.

Wenn Sie wirklich Isolation brauchen, wird es kompliziert, dies selbst zu tun. Sie sagen, die Schaltgeschwindigkeit sei niedrig. Warum also nicht ein normales mechanisches Relais?

Wenn Sie keine Isolierung benötigen, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine Möglichkeit besteht darin, einen Triac zu verwenden und ihn direkt von Ihrem Schaltkreis aus zu steuern. Für Details müssen wir mehr darüber wissen, wie dieser 50-V-Wechselstrom auf ein verfügbares Netzteil bezogen wird (oder nicht).

Sie haben völlig Recht, SSRs sind teuer . Die einfachste Alternative ist, mit einem Opto-Triac + Power-Triac selbst zu würfeln :

Dies kostet 80% weniger als das entsprechende SSR.

Der MOC3041 schaltet im Nulldurchgang der Spannung, was von Vorteil sein kann. Wenn Sie das nicht brauchen, ist der MOC3051 ein zufällig schaltender Opto-Triac. Ein Nachteil der Verwendung eines Triacs kann sein, dass es einen Spannungsabfall von einigen Volt gibt, und wenn die zu schaltende Spannung nur 50 V beträgt, ist der Verlust im Vergleich zu beispielsweise 230 V größer.
Ein MOSFET als Schaltelement mag nach einer besseren Idee klingen, aber wenn Sie ihn in der Brücke wie in Russells Lösung verwenden, haben Sie sowieso ungefähr den gleichen Spannungsabfall, diesmal jedoch über die Dioden.

Die beste Lösung für den Spannungsabfall ist das gute alte elektromechanische Relais . Abhängig von der Art der Last müssen Sie das Relais herabsetzen , sodass Sie zum Schalten von 5A möglicherweise eine 16A-Version benötigen. Der Preis für das 16A-Relais ist vergleichbar mit dem Selbstbau-SSR.