Relais à semi-conducteurs bricolage: instructions de montage et conseils de connexion

Le relais à semi-conducteurs (TTR) est un appareil d'une série de composants électroniques à action non mécanique. Le manque de mécanique ouvre davantage de possibilités aux amateurs d'électronique de fabriquer un relais à semi-conducteurs de leurs propres mains pour un usage personnel.

Considérez cette possibilité plus en détail.

Conception et principe de fonctionnement du TTR

Si la plupart de ces composants électroniques contiennent traditionnellement des parties mobiles de groupes de contacts, un relais à semi-conducteurs n'a pas de telles parties du tout. La commutation du circuit avec un circuit d'appareil s'effectue selon le principe d'une clé électronique. Et le rôle des clés électroniques est généralement joué par les semi-conducteurs intégrés dans le corps du relais - transistors de puissance, triacs, thyristors.

Avant d'essayer de fabriquer vous-même un relais à semi-conducteurs, il est logique de vous familiariser avec la conception de base de ces appareils, pour comprendre le principe de leur fonctionnement.

Les relais statiques de diverses configurations sont fabriqués par l'industrie, conçus pour les conditions d'application pratique les plus diverses. Une large sélection de modifications

Dans le cadre d'une étude rigoureuse du dispositif, il faut immédiatement mettre en évidence les avantages du TTR:

• commutation à haute charge;
• vitesse de commutation élevée;
• isolation galvanique parfaite;
• capacité à maintenir brièvement des surcharges élevées.

Parmi les structures mécaniques, il n'est pas vraiment possible de trouver des relais avec des paramètres similaires. En général, les avantages par rapport aux homologues mécaniques des relais statiques sont exprimés par une liste impressionnante.

Deux appareils électroniques qui assurent la commutation de circuits de manière fonctionnelle: à gauche, sur la base d'une conception à semi-conducteurs, à droite se trouve un système de commutation mécanique traditionnel

Les conditions de fonctionnement du TTR ne limitent pratiquement pas l'utilisation de ces appareils. De plus, l'absence de pièces mécaniques mobiles affecte favorablement la durée de vie des appareils.Il y a donc toutes les raisons de s'attaquer à un relais à semi-conducteurs - pour assembler l'appareil de vos propres mains.

Cependant, en toute équité, avec les aspects positifs, il convient de noter les propriétés du relais, caractérisées comme des défauts. Donc, pour le fonctionnement d'appareils puissants, en règle générale, un composant supplémentaire de la structure est nécessaire, qui est conçu pour éliminer la chaleur.

En cas de commutation d'une charge puissante, les relais statiques sont presque toujours complétés par de puissants radiateurs de refroidissement. Ce point complique l'utilisation du TTR.

Les radiateurs de refroidissement à relais à semi-conducteurs ont des dimensions globales plusieurs fois supérieures aux dimensions du TTR, ce qui réduit la commodité et la rationalité de l'installation.

Les dispositifs TTR en fonctionnement (à l'état fermé) donnent un courant de fuite inverse et présentent une caractéristique courant-tension non linéaire. Tous les relais statiques ne peuvent pas être utilisés sans restrictions dans les caractéristiques des tensions commutées.

Conçu pour être utilisé uniquement dans les circuits où l'alimentation est fournie par courant continu. En règle générale, ces appareils se distinguent par leurs petites dimensions et leur faible puissance de commutation

Certains types d'appareils sont conçus pour commuter uniquement le courant continu. L'introduction de relais statiques dans le circuit nécessite généralement des mesures supplémentaires visant à bloquer les fausses alarmes.

Les relais statiques peuvent souvent être trouvés en commun panneau électrique de l'appartement.

Comment fonctionne un relais statique?

Le signal de commande (généralement une tension de faible niveau, émanant, par exemple, du contrôleur de commande) est fourni à la LED de la paire optoélectronique présente dans le circuit TTR. La LED commence à émettre de la lumière vers la photodiode, qui à son tour s'ouvre et commence à passer le courant.

Un schéma TTR généralisé, montrant clairement le fonctionnement du dispositif électronique: 1 - source de tension de commande; 2 - optocoupleur à l'intérieur du boîtier de relais; 3 - charge la source de courant; 4 - charge

Le courant traversant la photodiode arrive à l'électrode de commande du transistor à clé ou du thyristor. La clé s'ouvre, ferme le circuit de charge.

C'est ainsi que fonctionne la fonction de commutation d'appareil. Tous les appareils électroniques sont traditionnellement enfermés dans un boîtier monolithique. En fait, par conséquent, l'appareil était appelé un relais à semi-conducteurs.

Et comment connecter un relais statique se trouve dans ce truc.

Commutateurs à semi-conducteurs

L'ensemble de la gamme d'appareils existante peut être conditionnellement divisée en groupes en fonction de la catégorie de la charge connectée, des caractéristiques de contrôle de tension et de commutation.

Ainsi, un total de trois groupes sera tiré au sort:

1. Appareils fonctionnant dans des circuits CC.
2. Appareils fonctionnant dans des circuits AC.
3. Conceptions universelles.

Le premier groupe est représenté par des appareils avec des paramètres de tensions de commande de travail de 3 à 32 volts. Il s'agit d'une électronique de relativement petite taille, dotée d'indicateurs LED, capable de fonctionner sans interruption à des températures de -35 / +75 ºС.

Une conception répandue d'un dispositif électronique pour une utilisation dans un réseau électrique monophasé. D'autres options de conception sont également trouvées, mais beaucoup moins fréquemment.

Le deuxième groupe - appareils conçus pour être installés dans des réseaux CA. Voici les conceptions de TTR pour une installation dans des réseaux à courant alternatif, contrôlées par une tension de 24 à 250 volts. Il existe des appareils capables de commuter des charges de forte puissance.

Le troisième groupe est celui des appareils universels. Le circuit de ce type d'appareil prend en charge le réglage manuel pour une utilisation dans certaines conditions.

Si vous partez de la nature de la charge connectée, vous devez distinguer deux types de relais ca à semi-conducteurs: monophasés et triphasés. Les deux types sont conçus pour commuter une charge suffisamment puissante à des courants de 10 à 75 A.Dans ce cas, les valeurs de courant de pointe à court terme peuvent atteindre 500 A.

Une version répandue pour une utilisation dans un réseau électrique triphasé. Souvent utilisé comme régulateur linéaire de puissants radiateurs électriques (RTE)

Les circuits d'induction capacitifs et résistifs peuvent agir comme une charge commutée par des relais statiques. La conception des interrupteurs vous permet de contrôler en douceur, par exemple, les éléments chauffants, les lampes à incandescence, les moteurs électriques sans bruit inutile.

La fiabilité est suffisamment élevée. Mais à bien des égards, la stabilité et la durabilité des relais à semi-conducteurs dépendent de la qualité de la production. Ainsi, les appareils fabriqués sous une certaine marque Impuls sont souvent marqués avec une courte durée de vie.

En revanche, les produits Schneider Electric ne laissent aucune place à la critique.

Comment faire un TTR de vos propres mains?

Compte tenu de la caractéristique de conception de l'appareil (monolithe), le circuit n'est pas assemblé sur une carte textolite, comme c'est la coutume, mais sur une installation murale.

Voici à quoi ressemble la conception du relais à semi-conducteurs. Il est facile de faire quelque chose comme ça. Seules les compétences de base d'un ingénieur en électronique et d'un électricien sont nécessaires. Les coûts des matériaux sont faibles

Il existe de nombreuses solutions de circuits dans ce sens. L'option spécifique dépend de la puissance de commutation requise et d'autres paramètres.

Composants électroniques pour l'assemblage de circuits

La liste des éléments d'un circuit simple pour le développement pratique et la construction d'un relais à semi-conducteurs de vos propres mains est la suivante:

1. Optocoupleur type MOS3083.
2. Triac type VT139-800.
3. Transistor série KT209.
4. Résistances, diode Zener, LED.

Tous ces composants électroniques sont soudés par montage en surface selon le schéma suivant:

Schéma de principe d'un relais à semi-conducteurs basse consommation pour assemblage DIY. Un petit nombre de pièces et une installation articulée simple permettent de souder le circuit sans difficulté

En raison de l'utilisation de l'optocoupleur MOS3083 dans le circuit de génération de signal de commande, la tension d'entrée peut varier de 5 à 24 volts.

Et grâce à la chaîne, composée d'une diode zener et d'une résistance de limitation, le courant traversant la LED de contrôle est réduit au minimum possible. Cette solution offre une longue durée de vie de la LED de contrôle.

Vérification du fonctionnement du circuit assemblé

Le circuit assemblé doit être vérifié pour son fonctionnement. Il n'est pas nécessaire de connecter une tension de charge de 220 volts au circuit de commutation via un triac. Il suffit de connecter un appareil de mesure - un testeur parallèle à la ligne de commutation du triac.

Vérification des performances d'un relais statique à l'aide d'un appareil de mesure. Si une tension de commande est appliquée à l'entrée de l'appareil, la transition triac doit être ouverte

Le mode de mesure du testeur doit être réglé sur "mOhm" et appliquer une alimentation (5-24 V) au circuit de génération de tension de commande. Si tout fonctionne correctement, le testeur doit montrer la différence de résistance de "mOhm" à "kOhm".

Logement monolithique

Une plaque d'aluminium de 3 à 5 mm d'épaisseur sera nécessaire sous la base du futur boîtier de relais à semi-conducteurs. Les dimensions de la plaque ne sont pas critiques, mais doivent respecter les conditions d'une évacuation efficace de la chaleur du triac lorsque cet élément électronique est chauffé.

Cadre pour verser le boîtier du futur appareil. Fabriqué à partir d'une bande de carton ou d'autres matériaux appropriés. Il est fixé sur un substrat en aluminium avec de la colle universelle.

La surface de la plaque d'aluminium doit être plate. De plus, il est nécessaire de traiter les deux côtés - de peler avec un papier de verre fin, polir.

À l'étape suivante, la plaque préparée est équipée d'un «coffrage» - une bordure en carton ou en plastique est collée autour du périmètre. Ce devrait être une sorte de boîte, qui sera ensuite remplie d'époxy.

Un circuit électronique d'un relais à semi-conducteurs assemblé par un "auvent" est placé à l'intérieur du boîtier créé. Seul un triac est posé sur la surface de la plaque d'aluminium.

Fixation du triac sur un substrat en aluminium. La condition principale est que ce composant électronique doit être fermement pressé contre la base métallique. C'est le seul moyen d'assurer une dissipation thermique de haute qualité et un fonctionnement fiable.

Aucune autre pièce de circuit ou conducteur ne doit toucher le substrat en aluminium. Le triac est appliqué à l'aluminium par cette partie du corps, qui est conçue pour être installée sur un radiateur.

Vous devez utiliser une pâte thermoconductrice sur la zone de contact du corps du triac et du substrat en aluminium. Certaines marques de triacs à anode non isolée doivent être placées à travers un tampon de mica.

La possibilité de monter le triac sur le substrat à l'aide de rivets. Au revers, le rivet s'aplatit au ras de la surface du substrat

Le triac doit être pressé fermement sur la base avec une sorte de poids et rempli de colle époxy autour du périmètre ou fixé d'une manière ou d'une autre sans perturber la surface de l'arrière du substrat (par exemple, des rivets).

Préparation du composé et remplissage du corps

Pour la fabrication d'un corps solide d'un appareil électronique, un mélange composé sera nécessaire. La composition du mélange composé est basée sur deux composants:

1. Résine époxy sans durcisseur.
2. Poudre d'albâtre.

Grâce à l'ajout d'albâtre, le maître résout deux problèmes à la fois - il reçoit un volume exhaustif du composé de remplissage à une consommation nominale de résine époxy et crée un remplissage de consistance optimale.

Le mélange doit être bien mélangé, après quoi vous pouvez ajouter le durcisseur et bien mélanger à nouveau. Ensuite, montez soigneusement l'installation «murale» à l'intérieur de la boîte en carton avec le composé créé.

Voici à quoi ressemble une instance finie d'un relais à semi-conducteurs assemblé par vous-même. Assez inhabituel et peu présentable, mais assez fiable

Le remplissage se fait au niveau supérieur, ne laissant qu'une partie de la tête de la LED de contrôle sur la surface. Initialement, la surface du composé peut ne pas sembler complètement lisse, mais après un certain temps, l'image changera. Il ne reste plus qu'à attendre que le casting se solidifie complètement.

En fait, vous pouvez utiliser toutes les solutions de coulée appropriées. Le critère principal est que la composition de coulée ne doit pas être électriquement conductrice, plus un bon degré de rigidité de coulée doit être formé après solidification. Le boîtier moulé du relais à semi-conducteurs est une sorte de protection du circuit électronique contre les dommages physiques accidentels.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Cette vidéo montre comment et sur la base de quels composants électroniques un relais à semi-conducteurs peut être fabriqué. L'auteur parle avec lucidité de tous les détails de la pratique de fabrication qu'il a personnellement rencontrée lors de la fabrication de l'interrupteur électronique:

Vidéo sur le problème que vous pouvez rencontrer après avoir acquis un TTR monophasé auprès de vendeurs chinois. En cours de route, effectue une sorte de révision du dispositif de commutation de l'appareil:

L'auto-fabrication de relais statiques est une solution possible, mais en ce qui concerne les produits sous charge basse tension, consommant une puissance relativement faible.

Il est difficile de fabriquer des appareils plus puissants et à haute tension de vos propres mains. Et cet engagement financier coûtera le même montant que la copie d'usine est estimée. Donc, si nécessaire, il est plus facile d'acheter un appareil industriel prêt à l'emploi.

Si vous avez des questions sur l'assemblage d'un relais à semi-conducteurs, veuillez les poser dans la zone de commentaires, et nous essaierons de vous donner une réponse extrêmement claire. Vous pouvez y partager l'expérience des relais d'auto-fabrication ou fournir des informations précieuses sur le sujet de l'article.