Relè a semiconduttore: tipi, dispositivo e principio di funzionamento

Molti lettori, sentendo la parola "relè", immagineranno sicuramente una bobina nel cui nucleo è attratto un contatto mobile. E questo non è affatto sorprendente, perché in origine i relè erano sempre elettromagnetici, e la parola "relè" è generalmente intesa come un dispositivo elettromagnetico per l'apertura e la chiusura di un circuito elettrico.

Tuttavia, per molto tempo, gli interruttori a semiconduttore sono stati utilizzati per commutare circuiti elettrici in varie aree della tecnologia: transistor, tiristori, triac. I progressi e i relè dei semiconduttori non sono stati risparmiati.

Nonostante il fatto che i circuiti con grandi correnti e tensioni siano tradizionalmente commutati con l'ausilio di relè elettromagnetici, oggi è già possibile implementare interruttori elettrici a semiconduttore stabili e potenti. Tali interruttori sono relè a semiconduttore o relè a stato solido (dall'inglese Relè a stato solido, abbreviato SSR).

Pertanto, il relè a semiconduttore è ora un dispositivo completamente elettronico, senza contatto meccanico mobile, che serve per accendere/spegnere carichi potenti nei circuiti di potenza fornendo una bassa tensione di controllo all'ingresso di controllo del dispositivo elettronico.

All'interno dell'alloggiamento del relè a stato solido (a stato solido) è presente un circuito di rilevamento che risponde al segnale di controllo, nonché una sezione di alimentazione: elettronica a stato solido sul lato del circuito ad alta potenza.

Tali relè sono utilizzati nei circuiti CC e CA, dove svolgono le stesse funzioni dei precedenti relè e contattori elettromagnetici meccanici, solo ora il problema è risolto senza parti mobili nel circuito di commutazione. Di conseguenza, grazie ai potenti tiristori, triac e transistor integrati negli alloggiamenti dei relè, è stato possibile commutare correnti fino a centinaia di ampere senza ricorrere a componenti meccanici.

Rispetto ai relè elettromeccanici, i relè a stato solido hanno una velocità di commutazione sicura più elevata dell'ordine di centinaia di microsecondi, mentre il circuito di controllo e il circuito di potenza sono completamente isolati galvanicamente l'uno dall'altro (solitamente viene utilizzato l'isolamento per optocoppia).

I relè a stato solido sono in grado di sopportare un sovraccarico sul lato di commutazione per un breve periodo e rimanere in servizio, cosa di cui gli antenati elettromeccanici non possono vantarsi. Allo stesso tempo, il relè a stato solido funziona silenziosamente, ha dimensioni compatte, i contatti qui non si ossidano (poiché non ci sono contatti in quanto tali), non ci sono scintille, il dispositivo non teme né la polvere né le vibrazioni.

Naturalmente, la resistenza del composto semiconduttore del relè nello stato di conduzione non è lineare e con correnti commutate elevate il dispositivo necessita di raffreddamento, ma i vantaggi si sovrappongono decisamente a questi svantaggi convenzionali. Inoltre, la durata di un relè a stato solido viene misurata in milioni di cicli di commutazione.

I relè a stato solido sono monofase o trifase, per la commutazione CC o CA. I relè di commutazione CA sono dotati di un sensore zero-crossing integrato, in modo che la commutazione avvenga praticamente a corrente zero, senza danni all'interruttore a stato solido, senza pericolosi picchi di corrente dovuti a carichi induttivi.

Tiristori o triac fungono da interruttori in un relè CA e il campo o Transistor IGBT… L'alimentazione viene fornita al circuito di controllo direttamente dalla sorgente del segnale di controllo e la corrente di controllo non supera alcuni milliampere e la corrente di commutazione può essere di decine o centinaia di ampere.

Sono disponibili relè allo stato solido trifase universi e reversibili. I relè di inversione trifase hanno due ingressi di controllo e all'uscita una delle fasi potrebbe non cambiare affatto la sua posizione.

Rispetto agli ingombranti avviatori magnetici meccanici, i relè semiconduttori compatti funzionano silenziosamente e non si consumano, non è necessario pulire periodicamente i contatti e per carichi potenti è sufficiente fornire all'alloggiamento del relè un buon raffreddamento, in alcuni casi il radiatore lo farà tranne, l'installazione per esso è fornita.

Per quanto riguarda la produzione industriale polverosa ed esplosiva, qui il relè a stato solido si rivela un vero salvatore, poiché l'arco dei contatti meccanici è escluso per la sua assenza e l'alloggiamento sigillato del relè non consentirà di sporcare l'elettronica .

Sono disponibili relè a stato solido miniaturizzati in un alloggiamento di plastica per il montaggio su circuito stampato. Tali relè possono commutare correnti fino a 2 ampere a una tensione di rete di 220-240 volt, ad esempio, un ventilatore o una pompa, una lampada o anche un piccolo radiatore possono essere accesi con un segnale digitale a 5 volt da un sensore, che di solito è molto importante per gli appassionati di sistemi domotici fai-da-te.