Ρελέ ημιαγωγών — τύποι, συσκευή και αρχή λειτουργίας
Πολλοί αναγνώστες, ακούγοντας τη λέξη «ρελέ», σίγουρα θα φανταστούν ένα πηνίο στον πυρήνα του οποίου έλκεται μια κινούμενη επαφή. Και αυτό δεν είναι καθόλου περίεργο, επειδή αρχικά τα ρελέ ήταν πάντα ηλεκτρομαγνητικά και η λέξη "ρελέ" γενικά εννοείται ότι σημαίνει ηλεκτρομαγνητική συσκευή για το άνοιγμα και το κλείσιμο ενός ηλεκτρικού κυκλώματος.
Ωστόσο, για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι διακόπτες ημιαγωγών έχουν χρησιμοποιηθεί για τη μεταγωγή ηλεκτρικών κυκλωμάτων σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας: τρανζίστορ, θυρίστορ, τριακ. Οι προόδους ημιαγωγών και τα ρελέ δεν έχουν γλιτώσει.
Παρά το γεγονός ότι τα κυκλώματα με μεγάλα ρεύματα και τάσεις παραδοσιακά αλλάζουν με τη βοήθεια ηλεκτρομαγνητικών ρελέ, σήμερα είναι ήδη δυνατή η εφαρμογή σταθερών και ισχυρών ηλεκτρικών διακοπτών ημιαγωγών. Τέτοιοι διακόπτες είναι ρελέ ημιαγωγών ή ρελέ στερεάς κατάστασης (από το αγγλικό Solid-state relay, συντομογραφία SSR).
Έτσι, το ρελέ ημιαγωγών είναι πλέον μια πλήρως ηλεκτρονική συσκευή, χωρίς κινητή μηχανική επαφή, η οποία χρησιμεύει για την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση ισχυρών φορτίων σε κυκλώματα ισχύος παρέχοντας χαμηλή τάση ελέγχου στην είσοδο ελέγχου της ηλεκτρονικής συσκευής.
Μέσα στο περίβλημα του ρελέ στερεάς κατάστασης (στερεής κατάστασης) υπάρχει ένα κύκλωμα ανίχνευσης που ανταποκρίνεται στο σήμα ελέγχου, καθώς και ένα τμήμα τροφοδοσίας-ηλεκτρονικά στερεάς κατάστασης στο πλάι του κυκλώματος υψηλής ισχύος.
Τέτοια ρελέ χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος και εναλλασσόμενου ρεύματος, όπου εκτελούν τις ίδιες λειτουργίες με τα προηγούμενα μηχανικά ηλεκτρομαγνητικά ρελέ και επαφές, μόνο που τώρα το πρόβλημα επιλύεται χωρίς κινούμενα μέρη στο κύκλωμα μεταγωγής. Ως αποτέλεσμα, χάρη στα ισχυρά θυρίστορ, τριάκ και τρανζίστορ που είναι ενσωματωμένα στα περιβλήματα του ρελέ, κατέστη δυνατή η εναλλαγή ρευμάτων έως και εκατοντάδες αμπέρ χωρίς να καταφεύγουμε σε μηχανικά εξαρτήματα.
Σε σύγκριση με τα ηλεκτρομηχανικά ρελέ, τα ρελέ στερεάς κατάστασης έχουν υψηλότερη ασφαλή ταχύτητα μεταγωγής της τάξεως των εκατοντάδων μικροδευτερόλεπτων, ενώ το κύκλωμα ελέγχου και το κύκλωμα ισχύος είναι πλήρως γαλβανικά απομονωμένα μεταξύ τους (συνήθως χρησιμοποιείται απομόνωση οπτικού ζεύγους).
Τα ρελέ στερεάς κατάστασης μπορούν να αντέξουν την υπερφόρτωση στην πλευρά μεταγωγής για μικρό χρονικό διάστημα και να παραμείνουν σε λειτουργία, κάτι που δεν μπορούν να καυχηθούν οι ηλεκτρομηχανικοί πρόγονοι. Ταυτόχρονα, το ρελέ στερεάς κατάστασης λειτουργεί αθόρυβα, έχει συμπαγείς διαστάσεις, οι επαφές εδώ δεν οξειδώνονται (καθώς δεν υπάρχουν επαφές ως τέτοιες), δεν υπάρχουν σπινθήρες, η συσκευή δεν φοβάται ούτε τη σκόνη ούτε τους κραδασμούς.
Φυσικά, η αντίσταση της ένωσης ημιαγωγών του ρελέ στην αγώγιμη κατάσταση είναι μη γραμμική και σε υψηλά ρεύματα μεταγωγής η συσκευή χρειάζεται καθόλου ψύξη, αλλά τα συν σίγουρα επικαλύπτουν αυτά τα συμβατικά μειονεκτήματα. Επιπλέον, η διάρκεια ζωής ενός ρελέ στερεάς κατάστασης μετράται σε εκατομμύρια κύκλους μεταγωγής.
Τα ρελέ στερεάς κατάστασης είναι μονοφασικά ή τριφασικά, για μεταγωγή DC ή AC. Τα ρελέ μεταγωγής AC διαθέτουν ενσωματωμένο αισθητήρα μηδενικής διασταύρωσης, έτσι ώστε η μεταγωγή να πραγματοποιείται με σχεδόν μηδενικό ρεύμα, χωρίς ζημιά στον διακόπτη στερεάς κατάστασης, χωρίς επικίνδυνες υπερτάσεις ρεύματος από επαγωγικά φορτία.
Τα θυρίστορ ή τα τριάκ χρησιμεύουν ως διακόπτες σε ένα ρελέ AC και το πεδίο ή Τρανζίστορ IGBT… Η ισχύς παρέχεται στο κύκλωμα ελέγχου απευθείας από την πηγή σήματος ελέγχου και το ρεύμα ελέγχου δεν υπερβαίνει τα λίγα χιλιοστά αμπέρ και το ρεύμα μεταγωγής μπορεί να είναι δεκάδες ή εκατοντάδες αμπέρ.
Διατίθενται τριφασικά ρελέ στερεάς κατάστασης μη αναστροφής και αντιστροφής. Τα τριφασικά ρελέ αναστροφής έχουν δύο εισόδους ελέγχου και στην έξοδο μία από τις φάσεις ενδέχεται να μην αλλάξει καθόλου τη θέση της.
Σε σύγκριση με ογκώδεις μηχανικούς μαγνητικούς εκκινητές, τα συμπαγή ρελέ ημιαγωγών λειτουργούν αθόρυβα και δεν φθείρονται, δεν χρειάζεται να καθαρίζετε περιοδικά τις επαφές και για ισχυρά φορτία αρκεί να παρέχεται στο περίβλημα του ρελέ καλή ψύξη, σε ορισμένες περιπτώσεις το ψυγείο θα εκτός από το ότι παρέχεται η εγκατάσταση για αυτό.
Όσον αφορά τη σκονισμένη και εκρηκτική βιομηχανική παραγωγή, εδώ το ρελέ στερεάς κατάστασης αποδεικνύεται πραγματικός σωτήρας, καθώς το τόξο των μηχανικών επαφών αποκλείεται λόγω της απουσίας του και το σφραγισμένο περίβλημα του ρελέ δεν θα επιτρέψει στα ηλεκτρονικά να λερωθούν .
Διατίθενται μικροσκοπικά ρελέ στερεάς κατάστασης σε πλαστικό περίβλημα για τοποθέτηση PCB. Τέτοια ρελέ μπορούν να αλλάξουν ρεύματα έως 2 αμπέρ σε τάση δικτύου 220-240 βολτ, για παράδειγμα, ένας ανεμιστήρας ή μια αντλία, ένας λαμπτήρας ή ακόμα και ένα μικρό ψυγείο μπορεί να ενεργοποιηθεί με ψηφιακό σήμα 5 volt από έναν αισθητήρα, ο οποίος είναι συνήθως πολύ σημαντικό για τους λάτρεις των DIY συστημάτων οικιακού αυτοματισμού.