Rơle bán dẫn - loại, thiết bị và nguyên lý hoạt động

Nhiều độc giả khi nghe đến từ "rơle" chắc chắn sẽ tưởng tượng ra một cuộn dây trong lõi có tiếp điểm chuyển động bị hút. Và điều này hoàn toàn không có gì đáng ngạc nhiên, vì ban đầu rơle luôn là điện từ và từ "rơle" thường được hiểu là một thiết bị điện từ để đóng và mở mạch điện.

Tuy nhiên, trong một thời gian dài, công tắc bán dẫn đã được sử dụng để chuyển mạch điện trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau: bóng bán dẫn, thyristor, triac. Những tiến bộ về chất bán dẫn và rơle đã không được bỏ qua.

Mặc dù thực tế là các mạch có dòng điện và điện áp lớn thường được chuyển mạch với sự trợ giúp của rơle điện từ, nhưng ngày nay người ta đã có thể thực hiện các công tắc điện bán dẫn ổn định và mạnh mẽ. Công tắc như vậy là rơle bán dẫn hoặc Rơle trạng thái rắn (từ tiếng Anh Solid-state relay, viết tắt là SSR).

Do đó, rơle bán dẫn hiện là một thiết bị điện tử hoàn toàn, không có tiếp điểm cơ học có thể di chuyển được, dùng để bật / tắt tải mạnh trong mạch điện bằng cách cung cấp điện áp điều khiển thấp cho đầu vào điều khiển của thiết bị điện tử.

Bên trong vỏ rơ-le thể rắn (trạng thái rắn) là một mạch cảm biến đáp ứng tín hiệu điều khiển, cũng như phần cấp nguồn—thiết bị điện tử thể rắn ở bên cạnh mạch công suất cao.

Các rơle như vậy được sử dụng trong các mạch DC và AC, nơi chúng thực hiện các chức năng tương tự như các rơle và công tắc tơ điện từ cơ học trước đó, chỉ là hiện tại vấn đề đã được giải quyết mà không cần di chuyển các bộ phận trong mạch chuyển mạch. Kết quả là, nhờ các thyristor, triac và bóng bán dẫn mạnh mẽ được tích hợp vào vỏ rơle, có thể chuyển đổi dòng điện lên đến hàng trăm ampe mà không cần dùng đến các bộ phận cơ khí.

So với rơle điện cơ, rơle trạng thái rắn có tốc độ chuyển mạch an toàn cao hơn ở mức hàng trăm micro giây, trong khi mạch điều khiển và mạch nguồn được cách ly hoàn toàn với nhau về mặt điện (thường sử dụng cách ly cặp quang điện).

Rơle trạng thái rắn có thể chịu được tình trạng quá tải ở phía chuyển mạch trong một thời gian ngắn và vẫn hoạt động, điều mà tổ tiên cơ điện không thể tự hào. Đồng thời, rơle thể rắn hoạt động êm ái, kích thước nhỏ gọn, các tiếp điểm ở đây không bị oxy hóa (vì không có tiếp điểm nào), không có tia lửa, máy không sợ bụi, không rung.

Tất nhiên, điện trở của hợp chất bán dẫn của rơle ở trạng thái dẫn điện là phi tuyến tính và ở dòng điện chuyển mạch cao, thiết bị hoàn toàn cần được làm mát, nhưng những điểm cộng chắc chắn chồng lên những điểm trừ thông thường này. Ngoài ra, tuổi thọ của rơle trạng thái rắn được đo bằng hàng triệu chu kỳ chuyển mạch.

Rơle trạng thái rắn là một pha hoặc ba pha, để chuyển mạch DC hoặc AC. Rơle chuyển mạch AC có cảm biến cắt ngang tích hợp, do đó việc chuyển mạch diễn ra ở dòng điện thực tế bằng không, không làm hỏng công tắc trạng thái rắn, không có dòng điện nguy hiểm tăng vọt từ tải cảm ứng.

Thyristor hoặc triac đóng vai trò là công tắc trong rơle AC và trường hoặc bóng bán dẫn IGBT… Nguồn được cung cấp cho mạch điều khiển trực tiếp từ nguồn tín hiệu điều khiển và dòng điện điều khiển không vượt quá vài miliampe và dòng điện chuyển mạch có thể là hàng chục hoặc hàng trăm ampe.

Có sẵn các rơle trạng thái rắn ba pha không đảo chiều và đảo chiều. Rơle đảo chiều ba pha có hai đầu vào điều khiển và ở đầu ra, một trong các pha có thể không thay đổi vị trí của nó.

So với các bộ khởi động từ cơ học cồng kềnh, rơle bán dẫn nhỏ gọn hoạt động êm ái và không bị hao mòn, không cần vệ sinh định kỳ các tiếp điểm, đối với tải mạnh thì vỏ rơle làm mát tốt là đủ, trong một số trường hợp, bộ tản nhiệt sẽ ngoại trừ, cài đặt cho nó được cung cấp.

Đối với sản xuất công nghiệp nhiều bụi và dễ cháy nổ, ở đây rơle trạng thái rắn hóa ra là một vị cứu tinh thực sự, vì hồ quang của các tiếp điểm cơ học bị loại trừ do không có nó và vỏ rơle kín sẽ không cho phép các thiết bị điện tử bị bẩn .

Rơle trạng thái rắn thu nhỏ trong vỏ nhựa có sẵn để gắn PCB. Các rơle như vậy có thể chuyển đổi dòng điện lên đến 2 ampe ở điện áp lưới 220-240 volt, ví dụ: quạt hoặc máy bơm, đèn hoặc thậm chí một bộ tản nhiệt nhỏ có thể được bật bằng tín hiệu kỹ thuật số 5 volt từ cảm biến, trong đó thường rất quan trọng đối với những người đam mê DIY hệ thống tự động hóa gia đình.