مرحلات SSR أو الحالة الصلبة عبارة عن مفاتيح كهربائية عالية الطاقة تعمل دون الحاجة إلى ملامسات ميكانيكية ، وبدلاً من ذلك تستخدم أشباه الموصلات الصلبة مثل الترانزستورات لتبديل الحمل الكهربائي.

يمكن استخدام SSRs لتشغيل أحمال طاقة عالية ، من خلال جهد تشغيل إدخال صغير مع تيار ضئيل.

يمكن استخدام هذه الأجهزة أيضًا لتشغيل أحمال التيار المتردد عالية الطاقة أحمال DC .

تتميز مرحلات الحالة الصلبة بكفاءة عالية مقارنةً بـ المرحلات الكهروميكانيكية بسبب بعض الميزات المميزة.

الميزات والمزايا الرئيسية لـ SSR

الميزات والمزايا الرئيسية لمرحلات الحالة الصلبة أو SSRs هي:

يمكن بناء SSRs بسهولة باستخدام أقل عدد من الأجزاء الإلكترونية العادية
تعمل بدون أي شكل من أشكال صوت النقر بسبب عدم وجود جهات اتصال ميكانيكية.
كونها الحالة الصلبة يعني أيضًا أن SSRs يمكنها التبديل بسرعة أكبر بكثير من الأنواع الكهروميكانيكية التقليدية.
لا تعتمد SSRs على الإمداد الخارجي للتبديل في وضع التشغيل ، بل تستخرج الإمداد من الحمل نفسه.
إنها تعمل باستخدام تيار ضئيل وبالتالي لا تستنزف البطارية في الأنظمة التي تعمل بالبطاريات. هذا يضمن أيضًا عدم وجود تيار خامل للجهاز.

مفهوم عمل SSR الأساسي باستخدام MOSFETs

في إحدى مشاركاتي السابقة شرحت كيف تستند MOSFET تبديل ثنائي الاتجاه يمكن استخدامها لتشغيل أي حمل كهربائي مرغوب فيه ، تمامًا مثل المعيار مفتاح ميكانيكي ، ولكن مع مزايا استثنائية.

يمكن تطبيق نفس مفهوم التبديل ثنائي الاتجاه MOSFET لصنع جهاز SSR مثالي.

للحصول على SSR قائم على Triac ، يرجى الرجوع لهذا المنصب

تصميم SSR الأساسي

مفهوم تصميم SSR لترحيل الحالة الصلبة الأساسي

في تصميم SSR الأساسي الموضح أعلاه ، يمكننا أن نرى زوجًا من MOSFETs المصنفة بشكل مناسب T1 و T2 متصلان من الخلف إلى الخلف بمصدرهما ومحطات البوابة المرتبطة ببعضها البعض.

D1 و D2 هما ثنائيات الجسم الداخلية لوحدات MOSFET ذات الصلة ، والتي يمكن تعزيزها بصمامات ثنائية متوازية خارجية ، إذا لزم الأمر.

يمكن أيضًا رؤية مصدر دخل تيار مستمر متصل عبر طرفي البوابة / المصدر المشتركين لوحدات MOSFET. يستخدم هذا الإمداد لتشغيل MOSFETs أو لتمكين التبديل الدائم لـ MOSFETs أثناء تشغيل وحدة SSR.

“ابحث عن الطاقة القصوى التي يمكن توصيلها إلى حمل مقاوم بواسطة الدائرة. ”

مصدر التيار المتردد الذي يمكن أن يصل إلى مستوى الشبكة الرئيسية والحمل متصلان في سلسلة عبر مجرفي MOSFETs.

كيف تعمل

يمكن فهم عمل مرحل الحالة المباع المقترح من خلال الرجوع إلى الرسم البياني التالي والتفاصيل المقابلة:

مع الإعداد أعلاه ، نظرًا لتوصيل إمداد بوابة الإدخال ، يكون كل من T1 و T2 في وضع التشغيل. عندما يكون إدخال التيار المتردد من جانب الحمل في وضع التشغيل ، يوضح الرسم البياني الأيسر كيف تسير نصف الدورة الموجبة من خلال زوج MOSFET / الصمام الثنائي (T1 ، D2) ويوضح الرسم البياني الأيمن كيف تجري دورة التيار المتردد السلبية من خلال MOSFET التكميلي الآخر / زوج الصمام الثنائي (T2 ، D1).

في الرسم البياني الأيسر ، نجد أن إحدى دورات نصف التيار المتردد تمر عبر T1 ، و D2 (يكون T2 متحيزًا عكسيًا) ، وأخيرًا تكمل الدورة عبر الحمل.

يوضح مخطط الجانب الأيمن كيف تكمل نصف الدورة الأخرى الدائرة في الاتجاه المعاكس عن طريق إجراء الحمل ، T2 ، D1 (يتم عكس T1 متحيزًا في هذه الحالة).

وبهذه الطريقة ، تسمح وحدتا MOSFETs T1 و T2 وثنائيات الجسم الخاصة بهما D1 و D2 بتوصيل كل من نصف دورات التيار المتردد وتشغيل حمل التيار المتردد بشكل مثالي وإنجاز دور SSR بكفاءة.

عمل دائرة SSR عملية

لقد تعلمنا حتى الآن التصميم النظري لـ SSR ، والآن دعنا نمضي قدمًا ونرى كيف يمكن بناء وحدة ترحيل الحالة الصلبة العملية ، لتبديل حمل التيار المتردد عالي الطاقة المطلوب ، دون أي إدخال خارجي للتيار المستمر.

تم تكوين دائرة SSR المذكورة أعلاه تمامًا بنفس الطريقة التي تمت مناقشتها في التصميم الأساسي السابق. ومع ذلك ، نجد هنا اثنين من الثنائيات الإضافية D1 و D2 ، جنبًا إلى جنب مع ثنائيات الجسم MOSFET D3 و D4.

“رسم تخطيطي لمحرك الغسالة pdf ”

يتم إدخال الثنائيات D1 و D2 لغرض محدد بحيث يشكل مقوم جسر بالتزامن مع ثنائيات الجسم D3 و D4 MOSFET.

يمكن استخدام مفتاح التشغيل OFF الصغير لتشغيل / إيقاف تشغيل SSR. يمكن أن يكون هذا المفتاح مفتاحًا من القصب أو أي مفتاح تيار منخفض.

للتبديل عالي السرعة ، يمكنك استبدال المفتاح بـ مقرنة البصريات كما هو مبين أدناه.

في جوهرها الدائرة الآن تلبي 3 متطلبات.

إنه يمد حمل التيار المتردد من خلال تكوين MOSFET / Diode SSR.
يقوم مقوم الجسر المكون من D1 - D4 في وقت واحد بتحويل إدخال التيار المتردد للحمل إلى تيار مستمر مصحح ومفلتر ، ويتم استخدام هذا التيار المستمر لتحيز بوابات الدوائر MOSFET. يسمح هذا للوحدات MOSFET بالتشغيل بشكل مناسب من خلال تحميل التيار المتردد نفسه ، دون الاعتماد على أي DC خارجي.
يتم إنهاء DC المصحح أيضًا كمخرج DC إضافي يمكن استخدامه لتشغيل أي حمل خارجي مناسب.

مشكلة الدائرة

تشير نظرة فاحصة على التصميم أعلاه إلى أن تصميم SSR هذا قد يواجه مشاكل في تنفيذ الوظيفة المقصودة بكفاءة. هذا لأنه ، في اللحظة التي يصل فيها DC التبديل إلى بوابة MOSFET ، سيبدأ في التشغيل ، مما يتسبب في تجاوز التيار عبر الصرف / المصدر ، مما يؤدي إلى استنزاف جهد البوابة / المصدر.

لنفكر في MOSFET T1. بمجرد أن يبدأ DC المعدل في الوصول إلى بوابة T1 ، سيبدأ في الانعطاف يمينًا من حوالي 4 فولت فصاعدًا ، مما يتسبب في تأثير تجاوز الإمداد عبر محطات الصرف / المصدر. خلال هذه اللحظة ، سيكافح التيار المستمر للارتفاع عبر الصمام الثنائي زينر ويبدأ في الانخفاض نحو الصفر.

سيؤدي هذا بدوره إلى إيقاف تشغيل MOSFET ، وسيحدث نوع الصراع المستمر أو شد الحبل بين استنزاف / مصدر MOSFET وبوابة / مصدر MOSFET ، مما يمنع SSR من العمل بشكل صحيح.

الحل

يمكن أن يتم حل المشكلة المذكورة أعلاه باستخدام مفهوم الدائرة المثال التالي.

الهدف هنا هو التأكد من أن دوائر MOSFET لا تعمل حتى يتم تطوير 15 فولت الأمثل عبر الصمام الثنائي زينر ، أو عبر بوابة / مصدر الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة

يضمن op amp أن خرجه يتم إطلاقه فقط بمجرد أن يتجاوز خط DC الحد المرجعي لـ 15 V zener diode ، والذي يسمح لبوابات MOSFET بالحصول على 15 فولت تيار مستمر مثالي للتوصيل.

يمكن تبديل الخط الأحمر المرتبط بـ pin3 لـ IC 741 من خلال قارنة التوصيل البصري للتحويل المطلوب من مصدر خارجي.

كيف تعمل : كما يمكننا أن نرى ، يتم ربط الإدخال المقلوب لـ op amp بـ 15V zener ، والذي يشكل مستوى مرجعي لـ op amp pin2. يتم توصيل Pin3 وهو الإدخال غير المقلوب لـ op amp بالخط الموجب. يضمن هذا التكوين أن مخرج pin6 الخاص بمكبر الصوت ينتج إمدادًا بجهد 15 فولت فقط بمجرد أن يصل جهد pin3 الخاص به إلى أعلى من علامة 15 فولت. يضمن الإجراء أن MOSFETs تعمل فقط من خلال جهد بوابة مثالي صالح 15 فولت ، مما يتيح العمل المناسب لـ SSR.