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Circuito de relé de estado sólido (SSR) de 220V usando Triac e Optoacoplador

Um relé de estado sólido de rede CA ou SSR é um dispositivo que é usado para comutar cargas CA pesadas no nível da rede, através de gatilhos de tensão CC mínima isolados, sem incorporar contatos móveis mecânicos.

Neste post, aprendemos como construir um relé de estado sólido simples operado pela rede ou um circuito SSR usando um Triac, BJTs, um acoplador óptico de cruzamento zero.

Vantagem do SSR de estado sólido sobre os relés mecânicos

O tipo mecânico de relés pode ser bastante ineficiente em aplicações que exigem comutação altamente suave, muito rápida e limpa.

O circuito proposto de um SSR pode ser construído em casa e usado em locais que requerem um manuseio de carga verdadeiramente sofisticado.

Um circuito de relé de estado sólido de 220 V com detector de cruzamento de zero embutido é descrito neste artigo.

O circuito é muito fácil de entender e construir, mas oferece recursos úteis como comutação limpa, livre de distúrbios de RF e capaz de lidar com cargas de até 500 watts. Aprendemos muito sobre relés e como eles funcionam.

Sabemos que esses dispositivos são utilizados para comutação de cargas elétricas pesadas através de um par de contatos externos isolados, em resposta a um pequeno pulso elétrico recebido de uma saída de circuito eletrônico.

Normalmente, a entrada de disparo está próxima da tensão da bobina do relé, que pode ser de 6, 12 ou 24 V DC, enquanto a carga e a corrente comutada pelos contatos do relé estão principalmente nos níveis dos potenciais da rede CA.

Basicamente os relés são úteis porque são capazes de alternar os pesados ​​conectados aos seus contatos sem colocar os potenciais perigosos em contato com o circuito eletrônico vulnerável através do qual está sendo comutado.

No entanto, as vantagens são acompanhadas por algumas desvantagens críticas que não podem ser ignoradas. Como os contatos envolvem operações mecânicas, às vezes são bastante ineptos com circuitos sofisticados que exigem comutação altamente precisa, rápida e eficiente.

Os relés mecânicos também têm a má reputação de gerar interferência de RF e ruído durante a comutação, o que também resulta na degradação de seus contatos com o tempo.


Para um SSR baseado em MOSFET, consulte este post


Usando SCR ou Triac para fazer SSR

Triacs e SCRs são considerados bons substitutos em locais onde os relés acima se mostram ineficientes, no entanto, eles também podem envolver problemas de geração de interferência de RF durante a operação.

Além disso, SCRs e Triacs, quando integrados diretamente a circuitos eletrônicos, exigem que a linha de aterramento do circuito seja conectada ao seu cátodo, o que significa que a seção do circuito agora não está mais isolada das tensões CA letais do dispositivo – uma séria desvantagem no que diz respeito à segurança do usuário está preocupado.

No entanto, um triac pode ser implementado de forma muito eficiente se as desvantagens discutidas acima forem completamente atendidas. Portanto, as duas coisas que devem ser removidas com triacs, se eles forem substituídos eficientemente por relés, são interferência de RF durante a comutação e a entrada da rede perigosa no circuito.

Os relés de estado sólido são projetados exatamente com as especificações acima, o que elimina a inferência de RF e também mantém os dois estágios completamente distantes do outro.

Os SSRs comerciais podem ser muito caros e não podem ser reparados se algo der errado. No entanto, fazer um relé de estado sólido por você e usá-lo para a aplicação necessária pode ser exatamente o que o “médico pediu”. Uma vez que pode ser construído com componentes eletrônicos discretos, torna-se completamente reparável, modificável e, além disso, fornece uma ideia clara sobre as operações internas do sistema.

Aqui estudaremos a construção de um relé de estado sólido simples de 220V.

Como funciona

Conforme discutido na seção acima, no projeto de circuito de relé de estado sólido ou SSR proposto, a interferência de RF é verificada forçando o triac a comutar apenas em torno da marca zero da fase senoidal CA e o uso de um acoplador óptico garante que a entrada seja mantidos bem afastados dos potenciais da rede CA presentes no circuito triac.

Vamos tentar entender como o circuito funciona:

Conforme mostrado no diagrama, o acoplador óptico torna-se o portal entre o gatilho e o circuito de comutação. O gatilho de entrada é aplicado ao LED do opto que acende e faz o fototransistor conduzir.
A tensão do fototransistor passa pelo coletor para o emissor e finalmente atinge a porta do triac para operá-lo.

A operação acima é bastante comum e comumente associada ao acionamento de todos os Triacs e SCRs. No entanto, isso pode não ser suficiente para eliminar o ruído de RF.

A seção que compreende os três transistores e alguns resistores são especialmente introduzidas com o objetivo de verificar a geração de RF, garantindo que o triac conduza apenas nas proximidades dos limiares zero da forma de onda senoidal CA.

Quando a rede CA é aplicada ao circuito, uma CC retificada fica disponível no coletor do opto transistor e conduz conforme explicado acima, no entanto, a tensão na junção dos resistores conectados à base de T1 é ajustada de modo que conduz imediatamente após a forma de onda AC subir acima da marca de 7 volts. Por tanto tempo, a forma de onda permanece acima deste nível e mantém T1 ligado.

Isso aterra a tensão do coletor do transistor opto, inibindo a condução do triac, mas no momento em que a tensão atinge 7 volts e se aproxima de zero, os transistores param de conduzir permitindo que o triac comute.

O processo é repetido durante o semiciclo negativo quando T2, T3 conduz em resposta a tensões acima de menos 7 volts novamente, fazendo com que o triac dispare apenas quando o potencial de fase se aproxima de zero, eliminando efetivamente a indução de interferências de RF de cruzamento zero.

Diagrama de Circuito do Circuito de Relé de Estado Sólido baseado em Triac

CIRCUITO SSR AC 220V

Lista de peças

  • R1 = 120 K,
  • R2 = 680K,
  • R3 = 1K,
  • R4 = 330 K,
  • R5 = 1 M,
  • R6 = 100 Ohms 1 W,
  • C1 = 220 uF / 25 V,
  • C2 = 474 / 400 V Poliéster Metalizado
  • C3 = 0,22uF/400V PPC
  • Z1 = 30 volts, 1 W,
  • T1, T2 = BC547B,
  • T3 = BC557B,
  • TR1 = BT 36,
  • OP1 = MCT2E ou similar.

Esquema de PCB

CIRCUITO DE RELÉ ELETRÔNICO SSR
CIRCUITO DE RELÉ DE ESTADO SÓLIDO (SSR) DE 220V USANDO TRIAC E OPTOACOPLADOR 9

Usando SCR Opto-acoplador 4N40

Hoje, com o advento dos modernos opto-acopladores, tornou-se realmente fácil fazer um relé de estado sólido (SSR) de alto grau. O 4N40 é um desses dispositivos que utiliza um foto SCR para o acionamento isolado necessário de uma carga CA.

Este opto-acoplador pode ser configurado de forma simples para criar um circuito SSR altamente confiável e eficaz. Este circuito pode ser usado para acionar uma carga de 220V através de um controle lógico de 5V completamente isolado, conforme mostrado abaixo:

CIRCUITO SSR USANDO OPTO-ACOPLADOR SCR 4N40

SSR usando MOC3020 Opto-acoplador IC e Triac

Os CIs MOC3040 ou MOC3041 são semelhantes a um opto-acoplador normal onde o fototransistor típico é substituído por um fototriac (100 mA/400 Vat 25°C). A principal característica deste CI é que ele praticamente permite que todas as formas de retificadores controlados por silício (SCRs) e triacs sejam empregados no circuito, o que normalmente pode não ser possível com optoacopladores baseados em fototransistores. Determinar o tipo de triac para fazer um relé de estado sólido operado em 220V é possível, com base no tipo de carga a ser operada pelo relé.

CIRCUITO SSR USANDO MOC3040 E MOC3041
CIRCUITO DE RELÉ DE ESTADO SÓLIDO (SSR) DE 220V USANDO TRIAC E OPTOACOPLADOR 10

Considerando que a carga do SSR é resistiva, o triac TIC 226D/400 V pode ser utilizado satisfatoriamente. Caso seja especificada uma carga indutiva para a carga, pode ser necessário um triac de 630 V, por exemplo, um tipo TIC 226M, pode ser necessário. Lembre-se que a tensão de trabalho do capacitor C1 deve corresponder às especificações do triac usado.

O resistor do lado de entrada R1 pode ser determinado dependendo do nível da tensão de entrada, Vdentro. Seu valor pode ser calculado usando a seguinte fórmula:

R1 = 1000 (Vdentro – 1.3)/Ioc.

Nesta equação Vdentro estará em volts, R1 está em ohms, e euoc será em mA, que indica a corrente através do LED no opto-acoplador MOC.

Se considerarmos a entrada lateral do LED do acoplador óptico como Vdentro = 12 V, e a corrente Ioc = 30 mA (que são as especificações padrão do acoplador óptico MOC 3040), o valor calculado de R1 será igual a 356 Ohms, e podemos arredondar para um valor praticamente viável de 330 Ohms.

No MOC 3041 a especificação de corrente Ioc do LED é simplesmente 15 mA, o que significa que, praticamente pode ser possível permitir que o valor da resistência limite R1 seja em torno de 680 Ohms. A corrente máxima que este relé de estado sólido de 220V pode suportar é de aproximadamente 8 Amps, para maior potência, você pode alterar o triac de acordo

Cortesia da imagem: Farnel

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FONTE


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