Circuito equivalente de un relé de estado sólido

Quiero cambiar el voltaje de CA de 50V. La corriente máxima drenada será de 5A. La frecuencia es de 50Hz. La velocidad de cambio no es importante, puede ser muy lenta, no es un problema en mi aplicación.

Al principio quería usar relé de estado sólido para este propósito. Pero tan pronto como comencé a buscar un SSR, vi que sus precios son demasiado altos. Para una solución alternativa más barata, quiero usar transistores MOSFET (también puede ser un tipo de transistor diferente) en lugar de un relé de estado sólido.

¿Me puede sugerir un circuito equivalente MOSFET del relé de estado sólido con las especificaciones que di anteriormente?

Siguen tres formas de hacer una SSR:

Los dos primeros usan FET y se pueden apagar y encender durante un ciclo de CA según sea necesario. La velocidad de conmutación debe ser entendida. Las versiones de compuerta flotante tienen una constante de tiempo RC que controla el desvío a menos que se tenga especial cuidado para evitarlo.

El circuito TRIAC se enciende cuando se dispara y se apaga en el siguiente cruce por cero. Se puede disparar tan pronto como haya pasado el cruce por cero, pero nuevamente, no se puede apagar hasta el próximo cruce por cero. Por lo tanto, puede obtener semiciclos completos o semiciclos parciales que se extienden desde un punto de activación hasta el final de ese semiciclo. Las cargas inductivas complican esto ligeramente pero están fuera de la discusión básica.

(1) Coloque un MOSFET dentro de un puente de 4 diodos como "carga". La entrada de CA al puente de CA está "en cortocircuito" = activada para CA cuando el FET está activado. No es difícil pero necesita pensar. Diagrama aproximado, mejor quizás más tarde. El transistor que se muestra aquí es bipolar pero MOSFET hace el mismo trabajo. MOSFET siempre ve DC. La carga ve la conmutación de CA. Puerta de accionamiento con opto. Obtenga energía mediante, por ejemplo, la alimentación de resistencia desde el drenaje a una tapa del depósito para conducir la compuerta a través de opto.

(2) Dos, por ejemplo, MOSFET de canal N en serie: conectar fuente a fuente y puerta a puerta. Las entradas son 2 x drenajes. Conduzca la puerta + ve a la fuente para encender. Puertas a la fuente para apagar. Una vez más, las compuertas y las fuentes flotan, por lo que debe conducir hasta ellas, pero no es difícil, solo necesita pensar.

El siguiente diagrama de circuito muestra un ejemplo de una implementación práctica de este principio.
Tenga en cuenta que los FETS son canales N y que las fuentes de ambos FET están conectadas y las puertas de ambos FET están conectadas. Este circuito funciona porque los MOSFETS son dispositivos de dos cuadrantes, es decir, un FET de canal N puede ser activado por una puerta positiva real a la fuente, independientemente de si el voltaje de drenaje a fuente es + ve o -ve. Eso significa que el FET puede conducir "hacia atrás" si se conduce de la manera normal. Se requieren dos FETS conectados en "serie anti" (polaridad relativa opuesta) debido al "diodo del cuerpo" dentro de cada FET que se conduce cuando el FET está polarizado en sentido opuesto al habitual. Si solo se usara un FET, se conduciría cuando el FET se apagara cuando el drenaje fuera negativo en relación con la fuente.

Tenga en cuenta que el "aislamiento" y el cambio de nivel de la señal de encendido / apagado a las puertas flotantes se logran mediante los condensadores de 2 x 100 pF. Considere los circuitos de la derecha como potencialmente potenciales de red. La mano derecha 74C14 forma un oscilador a aproximadamente 100 kHz y los dos inversores entre ellos proporcionan un accionamiento de polaridad opuesta a través de los 2 condensadores a los 4 diodos que forman un puente rectificador. El rectificador proporciona una unidad de CC a las puertas FET flotantes. La capacitancia de la puerta es probablemente ~ unos nF y R1 la descarga cuando se elimina la señal del variador. Supongo que la eliminación de la unidad ocurriría en décimas de milésima de segundo, pero haga los cálculos usted mismo.

El circuito es de aquí y toma nota

• El circuito utiliza un paquete inversor C-MOS económico y algunos condensadores pequeños para controlar dos transistores MOS de potencia de un suministro de 12v a 15v. Dado que los valores del condensador de acoplamiento utilizados para impulsar los FET son pequeños, la corriente de fuga desde la línea de alimentación al circuito de control es de 4 uA. Solo se necesitan aproximadamente 1,5 mA de CC para encender y apagar 400 vatios de alimentación de CA o CC a una carga

(3) CIRCUITO TRIAC

Mencionaste específicamente los MOSFET.
Un TRIAC también se usa comúnmente en AC SSR.
A continuación se muestra un circuito TRIAC típico.
L1 no puede ser utilizado.
C1 y R6 forman un "amortiguador" y los valores dependen de las características de la carga.

Los relés de estado sólido son SCR optoacoplados en su forma más simple. Puede duplicar eso usted mismo, pero se vuelve un poco desordenado. Dado que los relés de estado sólido están optoaislados, el lado de salida puede flotar con respecto al lado de entrada, al igual que un relé real.

Si realmente necesita aislamiento, entonces se vuelve complicado hacerlo usted mismo. Usted dice que la velocidad de conmutación es baja, ¿por qué no un relé mecánico normal?

Si no necesita aislamiento, existen varias posibilidades. Una es usar un triac y controlarlo directamente desde su circuito. Para más detalles, necesitamos saber más acerca de cómo se hace referencia (o no) a esta CA de 50 V a cualquier fuente de alimentación que tenga disponible.

Tienes toda la razón, los SSR son caros . La alternativa más simple es rodar la suya usando un opto-triac + power triac:

Esto cuesta un 80% menos que el SSR equivalente.

El MOC3041 conmuta en el cruce por cero del voltaje, por lo que puede ser una ventaja. Si no necesita eso, el MOC3051 es un opto-triac de conmutación aleatoria. Una desventaja de usar un triac puede ser que hay una caída de voltaje de unos pocos voltios, y cuando el voltaje para cambiar es de solo 50V, la pérdida es mayor en comparación que, por ejemplo, 230V.
Un MOSFET como elemento de conmutación puede sonar como una mejor idea, pero si lo usa en el puente como en la solución de Russell, tendrá la misma caída de voltaje de todos modos, pero esta vez a través de los diodos.

La mejor solución con respecto a la caída de voltaje es el viejo relé electromecánico . Dependiendo del tipo de carga, tendrá que reducir la potencia del relé, por lo que para cambiar 5A puede necesitar una versión de 16A. El precio del relé de 16 A es comparable al DIY SSR.