В наш каменный век электромагнитные устройства все чаще заменяются на полупроводниковые.
Вот и обычные реле можно заменить твердотельными, состоящими из оптрона и силового полупроводникового ключа.
Чем твердотельное реле лучше электромагнитного?
- Быстрее включается: электромагнитные реле срабатывают за время от 1 мс до 1 с, твердотельные - за несколько мкс. Это позволяет реализовать фазовое регулирование или включение в момент перехода через ноль.
- Не имеет механических частей, а значит, не может износиться.
- Не бьется, не ломается, только кувыркается - нет подвижных частей, больше устойчивость к вибрациям и ударам.
- Не имеет индуктивности, при работе нет переходных процессов, связанных ЭДС самоиндукции катушки.
- Не искрит, что важно для пожароопасных применений.
- Не щелкает.
Ну, все, выкидываем старье и ставим полупроводники везде? Не стоит, ведь есть довольно весомые недостатки:
- На силовом ключе (симисторе) в открытом виде всегда на pn-переходах падает напряжение 1-2 В. При больших токах возникают большие потери мощности и происходит нагрев. На маленьком сопротивлении контактов электромагнитных реле потери значительно меньше.
В принципе, если нужно точное по времени включение нагрузки, можно поставить твердотельное реле, а параллельно ему - "обычное".
Сперва срабатывает твердотельное, потом его шунтирует электромагнитное, снижая потери. - Твердотельное реле не разрывает цепь, в закрытом виде - это просто очень большое сопротивление. Токи утечки симисторов могут достигать нескольких мА.
- Сильная перегрузка, перенапряжение или КЗ с большой вероятностью сожгут твердотельное реле, а электромагнитное может их вытерпеть :)
- По сравнению с электромагнитными полупроводниковые почему-то сильно дороже.
Рассмотрим некоторые виды.
1) С постоянным напряжением управления:
Когда через фотодиод начинает течь ток, достаточный для открывания оптосимистора, симистор U2 открывается. Ток открывания задается резистором R2. Резистор R3 помогает закрывать симистор, притягивая управляющий электрод к земле, когда U1 закрыт.
Оптопара может быть как со встроенной схемой определения перехода через ноль (Zero Cross), так и без нее, в зависимости от назначения реле.
R4 и C1 образуют снаббер, желательный при индуктивном характере нагрузки.
2) С переменным напряжением управления:
Принцип работы такой же, как у предыдущей схемы, но управляющее напряжение выпрямляется диодным мостом.
3) С фазовым регулированием:
Существуют твердотельные реле со встроенными схемами управления, использующие стандартные "интерфейсы": токовую петлю 4-20 мА, напряжение 0-10 В или сопротивление потенциометра. Они регулируют угол открывания симистора пропорционально значению на входе.
Вот так выглядит регулирование напряжения на выходе:
Твердотельные реле часто используют в промышленности и в быту для регулирования мощности "инерционной" нагрузки типа ТЭН или ламп накаливания.
Более эффективные полупроводниковые ключи с двухсторонней проводимостью делают из MOSFET. О них можете почитать у меня на канале :)