รีเลย์เซมิคอนดักเตอร์ — ประเภท อุปกรณ์ และหลักการทำงาน

ผู้อ่านหลายคนเมื่อได้ยินคำว่า "รีเลย์" จะจินตนาการถึงขดลวดในแกนกลางที่มีการดึงดูดหน้าสัมผัสที่เคลื่อนไหว และไม่น่าแปลกใจเลย เพราะเดิมทีรีเลย์มักจะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า และคำว่า "รีเลย์" เป็นที่เข้าใจกันโดยทั่วไปว่าหมายถึงอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับเปิดและปิดวงจรไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม มีการใช้สวิตช์เซมิคอนดักเตอร์เพื่อเปลี่ยนวงจรไฟฟ้าในด้านต่างๆ ของเทคโนโลยีมาช้านาน: ทรานซิสเตอร์ ไทริสเตอร์ ไตรแอก ความก้าวหน้าของเซมิคอนดักเตอร์และรีเลย์ไม่ได้ถูกงดเว้น

แม้จะมีความจริงที่ว่าวงจรที่มีกระแสและแรงดันไฟฟ้าสูงนั้นถูกสลับแบบดั้งเดิมด้วยความช่วยเหลือของรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้า แต่วันนี้มันเป็นไปได้ที่จะใช้สวิตช์ไฟฟ้าเซมิคอนดักเตอร์ที่เสถียรและทรงพลัง สวิตช์ดังกล่าวเป็นรีเลย์เซมิคอนดักเตอร์หรือ โซลิดสเตตรีเลย์ (จากภาษาอังกฤษ Solid-state relay ย่อมาจาก SSR)

ดังนั้น รีเลย์เซมิคอนดักเตอร์จึงเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เต็มรูปแบบ โดยไม่มีหน้าสัมผัสเชิงกลที่เคลื่อนที่ได้ ซึ่งทำหน้าที่เปิด/ปิดโหลดทรงพลังในวงจรไฟฟ้าโดยจ่ายแรงดันควบคุมต่ำไปยังอินพุตควบคุมของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ภายในตัวเรือนรีเลย์โซลิดสเตต (โซลิดสเตต) เป็นวงจรตรวจจับที่ตอบสนองต่อสัญญาณควบคุม เช่นเดียวกับส่วนจ่ายไฟ ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โซลิดสเตตที่ด้านข้างของวงจรกำลังสูง

รีเลย์ดังกล่าวใช้ในวงจร DC และ AC ซึ่งทำหน้าที่เดียวกันกับรีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าเชิงกลและคอนแทคเตอร์รุ่นก่อนหน้า แต่ตอนนี้ปัญหาจะได้รับการแก้ไขโดยไม่ต้องเคลื่อนย้ายชิ้นส่วนในวงจรสวิตชิ่ง ด้วยเหตุนี้ ต้องขอบคุณไทริสเตอร์ ไตรแอก และทรานซิสเตอร์อันทรงพลังที่รวมอยู่ในตัวเรือนรีเลย์ ทำให้สามารถเปลี่ยนกระแสได้สูงถึงหลายร้อยแอมแปร์โดยไม่ต้องอาศัยส่วนประกอบเชิงกล

เมื่อเปรียบเทียบกับรีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า โซลิดสเตตรีเลย์มีความเร็วสวิตช์ที่ปลอดภัยสูงกว่าเป็นร้อยไมโครวินาที ในขณะที่วงจรควบคุมและวงจรไฟฟ้าแยกออกจากกันทางไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ (โดยปกติจะใช้การแยกออปโตคัปเปิล)

โซลิดสเตตรีเลย์สามารถทนต่อการโอเวอร์โหลดที่ด้านสวิตชิ่งได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ และยังคงใช้งานได้ ซึ่งบรรพบุรุษระบบเครื่องกลไฟฟ้าไม่สามารถอวดอ้างได้ ในเวลาเดียวกันโซลิดสเตตรีเลย์ทำงานเงียบ มีขนาดกะทัดรัด หน้าสัมผัสที่นี่ไม่ออกซิไดซ์ (เนื่องจากไม่มีหน้าสัมผัสเช่นนี้) ไม่มีประกายไฟ อุปกรณ์ไม่กลัวฝุ่นหรือการสั่นสะเทือน

แน่นอนความต้านทานของสารกึ่งตัวนำของรีเลย์ในสถานะการนำไฟฟ้านั้นไม่เป็นเชิงเส้นและที่กระแสสลับสูงอุปกรณ์ต้องการการระบายความร้อนเลย แต่ข้อดีนั้นซ้อนทับกับข้อเสียทั่วไปเหล่านี้อย่างแน่นอน นอกจากนี้ อายุการใช้งานของโซลิดสเตตรีเลย์ยังวัดเป็นล้านรอบการสลับ

โซลิดสเตตรีเลย์เป็นแบบเฟสเดียวหรือสามเฟสสำหรับการสลับไฟฟ้ากระแสตรงหรือไฟฟ้ากระแสสลับ รีเลย์สวิตชิ่ง AC มีเซนเซอร์แบบ Zero-crossing ในตัว ดังนั้นการสลับจะเกิดขึ้นที่กระแสเกือบเป็นศูนย์ โดยไม่เกิดความเสียหายกับสวิตช์โซลิดสเตต โดยไม่มีกระแสไฟกระชากที่เป็นอันตรายจากโหลดอุปนัย

ไทริสเตอร์หรือไตรแอกทำหน้าที่เป็นสวิตช์ในรีเลย์ AC และฟิลด์หรือ IGBT ทรานซิสเตอร์… กระแสไฟถูกจ่ายให้กับวงจรควบคุมโดยตรงจากแหล่งสัญญาณควบคุม และกระแสควบคุมไม่เกินสองสามมิลลิแอมป์ และกระแสสลับอาจมีค่าเป็นสิบหรือหลายร้อยแอมแปร์

มีโซลิดสเตตรีเลย์สามเฟสแบบไม่ย้อนกลับและย้อนกลับ รีเลย์ย้อนกลับสามเฟสมีอินพุตควบคุมสองตัวและเฟสใดเฟสหนึ่งอาจไม่เปลี่ยนตำแหน่งที่เอาต์พุตเลย

เมื่อเทียบกับสตาร์ทเตอร์แม่เหล็กเชิงกลขนาดใหญ่ รีเลย์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดกะทัดรัดทำงานเงียบและไม่เสื่อมสภาพ คุณไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดหน้าสัมผัสเป็นระยะ และสำหรับการโหลดที่ทรงพลัง ก็เพียงพอที่จะให้การระบายความร้อนที่ดีแก่ตัวเรือนรีเลย์ ในบางกรณีหม้อน้ำจะ ยกเว้นมีการติดตั้งไว้ให้

สำหรับการผลิตในภาคอุตสาหกรรมที่เต็มไปด้วยฝุ่นและระเบิด ที่นี่กลายเป็นโซลิดสเตตรีเลย์เป็นผู้กอบกู้ที่แท้จริง เนื่องจากส่วนโค้งของหน้าสัมผัสทางกลถูกแยกออกเนื่องจากไม่มีอยู่ และตัวเรือนที่ปิดสนิทของรีเลย์จะไม่อนุญาตให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สกปรก .

มีโซลิดสเตตรีเลย์ขนาดเล็กในตัวเรือนพลาสติกสำหรับการติดตั้ง PCB รีเลย์ดังกล่าวสามารถเปลี่ยนกระแสได้ถึง 2 แอมแปร์ที่แรงดันไฟหลัก 220-240 โวลต์ เช่น พัดลมหรือปั๊ม หลอดไฟ หรือแม้แต่หม้อน้ำขนาดเล็กก็สามารถเปิดได้ด้วยสัญญาณดิจิตอล 5 โวลต์จากเซ็นเซอร์ ซึ่ง มักจะมีความสำคัญมากสำหรับผู้ที่ชื่นชอบ DIY ระบบโฮมออโตเมชั่น