Un relais à semi-conducteurs est composé de composants de relais à semi-conducteurs avec des matériaux spéciaux et des pièces électroniques. À l'intérieur, les ingénieurs utilisent de l'arséniure de silicium et de gallium comme semi-conducteurs. L'appareil comprend des FET, des thyristors, des coupleurs d'opto, des LED et des résistances. Les plastiques et les métaux forment le cadre externe et interne. Les matériaux d'interface thermique aident à dissiper la chaleur. Toutes ces pièces fonctionnent ensemble de manière transparente sans aucune pièce en mouvement.
Principaux à retenir
- Utilisation des relais à semi-conducteursMatériaux comme le silicium, arséniure de gallium, plastiques et métaux. Ces matériaux aident le relais à travailler sans pièces mobiles. Cela fait durer le relais plus longtemps. Il peut également mieux gérer les endroits difficiles.
- Des parties importantes comme les LED, les résistances, les coupleurs d'opto, les FET et les thyristors sont à l'intérieur du relais. Ces pièces aident à contrôler l'électricité en toute sécurité. Ils font également fonctionner le relais rapidement.
- Les matériaux d'interface thermique et les circuits de snobber protègent le relais. Ils gèrent la chaleur et arrêtent les dommages causés par les pointes de tension.
- Des étuis en plastique et en métal solides gardent le relais en sécurité. Ils le protègent de la poussière, de l'eau, des chocs et des vibrations. Cela aide le relais à bien fonctionner dans des endroits durs.
- Les relais à l'état solide changent plus rapidement que les relais mécaniques. Ils durent beaucoup plus longtemps. Ils travaillent tranquillement et ne s'usent pas rapidement. C'est parce qu'ils n'ont pas de pièces mobiles.
Fabriqué de relais à semi-conducteurs
Les relais à semi-conducteurs ont des matériaux spéciaux et des pièces à l'intérieur. Ces pièces fonctionnent ensemble pour contrôler l'électricité. Il n'y a pas de pièces mobiles dans ces relais. Cela les fait durer plus longtemps et fonctionnent mieux. Les matériaux principaux sont les semi-conducteurs, les plastiques, les métaux et les matériaux d'interface thermique. Chacun a un travail à l'intérieur du relais.
Matériaux semi-conducteurs
Les semi-conducteurs sont la partie la plus importante d'un relais à l'état solide. Les ingénieurs choisissent de l'arséniure de silicium et de gallium pour ces pièces. Ces matériaux aident les signaux de changement de relais rapidement et facilement. Le silicium est beaucoup utilisé car il peut gérer une puissance élevée. L'arséniure de gallium est bon pour les emplois rapides ou à haute fréquence. Les relais à l'état solide utilisent des transistors à effet de champ (FET) et des thyristors. Ces pièces contrôlent comment l'électricité se déplace.
Ils prennent la place des contacts déplacés dans les anciens relais. Pour cette raison, les relais à l'état solide durent plus longtemps que les relais mécaniques.
Remarque: les relais à semi-conducteurs n'ont pas de pièces mobiles. Cela signifie qu'ils ne s'usent pas rapidement. Ils travaillent également bien dans des endroits difficiles.
Le tableau ci-dessous montre en quoi les relais électromécaniques et les relais à semi-conducteurs sont différents. Il explique comment les matériaux et la conception changent leur fonctionnement:
| Caractéristiques | Relais électromécanique (DME) | Relay à l'état solide (SSR) |
|---|---|---|
| Temps de fonctionnement et de libération | 5 à 20 millisecondes | 10 à 25 millisecondes |
| Entrée à l'isolement de sortie | 4 kv | Supérieur à 4 kV |
| Sensibilité à la corrosion | Oui | Non |
| Sensibilité au choc / vibration | Oui | Non |
| Coût par poteau | Meilleur | Équitable |
| Compatibilité TTL et CMOS d'entrée | Équitable | Meilleur |
Ce tableau montre que les matériaux de relais à l'état solide aident à arrêter la corrosion et les vibrations. Le relais maintient également les entrées et les sorties séparées pour la sécurité.
Plastiques et métaux
Les plastiques et les métaux font l'extérieur et à l'intérieur d'un relais à l'état solide. La coque extérieure est généralement un plastique fort. Ce plastique garde l'intérieur à l'abri de la poussière et de l'eau. À l'intérieur,métaux comme le cuivreet l'aluminium déplace l'électricité. Ces métaux aident également à se débarrasser de la chaleur.
Les matériaux d'interface thermique remplissent les espaces entre les pièces chaudes et les dissipateurs de chaleur. Ces matériaux éloignent la chaleur des parties importantes. Cela maintient le relais frais et sûr. Le relais à semi-conducteurs utilise ces matériaux pour être solides et sûrs. Les plastiques, les métaux et les semi-conducteurs aident le relais à travailler dans de nombreux endroits. Aucune pièce mobile signifie qu'elle peut gérer mieux les bosses et les secoues que les anciens relais.
Astuce: choisissez un relais à semi-conducteurs si vous voulez qu'il dure longtemps et fonctionne bien.
Circuit d'entrée
LED et résistances
Le circuit d'entrée dans un relais à l'état solide utilise des LED et des résistances. Les ingénieurs choisissent les LED parce qu'ils transforment l'électricité en lumière. Cette lumière démarre le relais. Lorsque la tension de commande frappe la LED, elle s'allume. La lumière se déplace ensuite vers la partie suivante du relais. Les résistances fonctionnent avec des LED pour assurer la sécurité du courant. Trop de courant peut casser la LED. La résistance empêche cela de se produire. Cela aide le relais à durer plus longtemps et à rester en sécurité.
- LEDS: Faites la lumière lorsqu'un signal de contrôle les alimente.
- Résistances: Gardez le courant bas pour protéger la LED.
Conseil: l'utilisation de la bonne LED et de la bonne résistance aide le relais à travailler rapidement et en sécurité.
Le circuit d'entrée a souvent plus d'une résistance. Certaines résistances rendent le relais plus sensible. D'autres bloquent les signaux qui ne sont pas nécessaires. Cela aide le relais à ignorer le bruit et à ne réagir qu'aux signaux réels.
Circuit Board Material
Le circuit d'entrée se trouve sur une carte de circuit imprimé ou un PCB. La plupart des PCB sont fabriqués à partir d'époxy renforcé de fibre de verre. Ce matériau rend la planche solide et stable en chaleur ou en froid. Les lignes de cuivre se terminent à travers le tableau pour connecter les LED, les résistances et autres pièces. Les relais à semi-conducteurs utilisent ces planches car ils peuvent gérer le choc et les vibrations. Aucune pièce mobile signifie que le relais fonctionne bien dans des endroits difficiles.
Le matériau PCB maintient le relais à l'abri de la chaleur et du stress. Les fabricants choisissent des matériaux PCB qui peuvent prendre une chaleur élevée. Certains relais fonctionnent là où il monte125 degrés ou plus. La planche ne doit pas se fissurer ou fondre. Cela fait fonctionner le relais pendant longtemps.
Remarque: une forte carte de circuit imprimé aide le relais à bien fonctionner dans des endroits difficiles. Un bon matériau PCB maintient le circuit d'entrée en sécurité et fonctionne correctement.
Isolement et contrôle
Coupleur opto
Un coupleur opto est une partie importante d'un relais à l'état solide. Il utilise la lumière pour séparer l'entrée et la sortie. À l'intérieur, unLED proche infrarougebrille sur un capteur photo. Cela fait un canal d'isolement optique. Le relais envoie des signaux via ce canal sans toucher les fils.
Les coupleurs opto se présentent sous différentes formes. Certains sont plats. D'autres ont un dôme en silicone qui éloigne la LED et le capteur. Cela aide le relais à gérer plus de tension. Des canaux ou des dômes plus épais peuvent laisser le relais fonctionner avecjusqu'à 10 kV. Ces fonctionnalités aident le relais à rester en sécurité dans des endroits à haute tension.
Le fonctionnement d'un coupler opto-couplé dépend de beaucoup de choses. Le rapport de transfert de courant (CTR) change avec le courant d'entrée, la température et l'âge. Les ingénieurs doivent penser à ces changements lorsqu'ils conçoivent des circuits. Les coupleurs opto bloquent également l'interférence électromagnétique (EMI). Ils peuvent gérer les pointes de tension et les changements rapides. Cela les rend bons pour des emplois difficiles.
| Caractéristique de performance | Explication |
|---|---|
| Tension d'isolement | Jusqu'à 10 kV pour une sécurité à haute tension |
| Résistance EMI | Protection forte contre les interférences |
| Consommation d'énergie | Beaucoup plus bas que les relais mécaniques |
| Vitesse de commutation | Rapide, prend en charge les signaux à grande vitesse |
Remarque: les coupleurs opto aident les relais à l'état solide durent plus longtemps car il y aPas de pièces mobiles à s'use.
Composants du contrôleur
Les composants du contrôleur aident à activer et à désactiver le relais à l'état solide. Ces pièces comprennent des circuits logiques, des circuits de protection et parfois des microcontrôleurs. Ils aident le relais à répondre aux signaux de contrôle et à le garder à l'abri des dommages. Les relais à semi-conducteurs utilisent des pièces de contrôleur pour séparer les entrées et les sorties. C'est ce qu'on appelleisolement galvanique.
Il protége l'électronique sensible à l'abri des pointes et des chocs à haute tension. Les circuits du contrôleur ajoutent également de la sécurité. Par exemple, ils peuvent désactiver le relais si le courant est trop élevé ou s'il devient trop chaud. Les rapports techniques montrent que les pièces du contrôleur rendent les relais à semi-conducteurs plus fiables. Ils arrêtent les dégâts decourt-circuits et courants de démarrage élevés. Certains conceptions utilisent des circuits spéciaux pour bloquer les pointes de tension et limiter le courant. Ces fonctionnalités aident le relais à travailler en toute sécurité dans des travaux difficiles comme les voitures électriques et les usines.
Astuce: les composants du contrôleur rendent les relais à l'état solide plus sûrs et plus fiables, en particulier dans les systèmes de haute puissance ou de haute tension.
Les relais à semi-conducteurs utilisent ces pièces de contrôleur intelligentes pour des travaux difficiles. Ils maintiennent le relais qui fonctionne même lorsque les choses deviennent difficiles. Cela en fait un bon choix pour de nombreux systèmes électriques modernes.
Composants de commutation
Fet et thyristors
Utilisation des relais à semi-conducteursFet et thyristorscomme commutateurs. Ces commutateurs contrôlent comment l'électricité se déplace à l'intérieur du relais. FET signifie transistor à effet champ. Les thyristors comprennent des triacs et des SCR. Chacun aide à changer de manière de différentes manières. Les FET fonctionnent mieux en DC et les circuits CA à basse tension. Ils peuvent s'allumer et désactiver très rapidement. Les MOSFET sont une sorte de FET qui entreprendnanosecondes. Cette vitesse aide aux données rapides et à l'automatisation. Les thyristors comme les triacs et les SCR travaillent avec les charges de courant alternatif. Ils contrôlent de grandes quantités d'énergie en utilisant de petits signaux. Les relais à semi-conducteurs avec FET et thyristors ont de nombreux bons points:
- Ils n'ont pas de pièces mobiles, donc ils durent plus longtemps que les relais mécaniques.
- Ils changent beaucoup plus vite, à propos100 fois plus rapideque les relais électromécaniques.
- Il n'y a pas d'arc ou d'usure de contact, ils sont donc plus sûrs et durent plus longtemps.
- Ils sont très sensibles et fonctionnent avec de faibles signaux des circuits logiques.
- Ils gardent le contrôle et les côtés d'alimentation séparés pour la sécurité.
- Ils peuvent travailler pendant des centaines de millions d'heures sans s'arrêter.
- Ils sont petits et utilisent bien le pouvoir, en particulier avec les MOSFET.
Remarque: les FET et les thyristors aident les relais à l'état solide à faire des travaux difficiles où la vitesse et la fiabilité sont importantes.
Matériaux d'interface thermique
Les FET et les thyristors peuvent devenir chauds lorsqu'ils travaillent. Les relais à semi-conducteurs utilisent des matériaux d'interface thermique pour gérer cette chaleur. Ces matériaux remplissent de minuscules espaces entre les pièces chaudes et le dissipateur thermique. Ils aident à éloigner la chaleur des parties importantes. Certains matériaux d'interface thermique courants sont des coussinets en silicone, de la graisse thermique et des bandes spéciales. Ces matériaux gardent le relais frais et en sécurité.
Un bon contrôle de chaleur permet au relais de gérer des courants élevés sans se casser. Les fabricants choisissent des matériaux thermiques qui répondent aux besoins de puissance du relais. Un bon refroidissement aide le relais à durer plus longtemps et à mieux fonctionner. Dans les travaux à haute puissance, les MOSFET ont besoin d'un refroidissement supplémentaire, donc le bon matériau thermique est très important.
Astuce: les matériaux d'interface thermique empêchent le relais de devenir trop chaud et de le durer plus longtemps.
Protection et logement
Circuits de snobber
Les circuits de snobber se maintiennentrelais à semi-conducteursà l'abri des pointes de tension. Ils aident également à des changements soudains dans le courant. Ces circuits ont une résistance et un condensateur. La résistance ralentit l'électricité. Le condensateur stocke de l'énergie et le laisse sortir en cas de besoin.
Ensemble, ils prennent une énergie supplémentaire qui pourrait nuire aux pièces de commutation du relais. Les ingénieurs mettent des circuits de snobber sur la sortie du relais. Cela arrête des surtensions à haute tension lorsque le relais s'active ou désactiver. Sans snubber, les pointes de tension peuvent briser les FET ou les thyristors à l'intérieur. Les circuits de snobber réduisent également le bruit électrique.
Cela aide le relais à mieux fonctionner dans des endroits bruyants. Certains relais à semi-conducteurs utilisent des conceptions de snobber spéciales. Ceux-ci peuvent gérer des tensions plus élevées et une commutation plus rapide. Les pièces des circuits de snobber doivent prendre la chaleur et le stress. De bonnes résistances et condensateurs aident le relais à rester en sécurité et durer plus longtemps.
Astuce: les circuits de snobber protègent les relais à l'état solide dans des endroits difficiles en protégeant les pièces importantes du préjudice.
Enceinte
L'extérieur d'un relais à l'état solide utilise des plastiques et des métaux solides. Ces matériaux gardent la poussière, l'eau et les bosses de l'intérieur. Les fabricants choisissent des plastiques qui ne fondent pas ou ne brûlent pas facilement. Ils utilisent également des métaux comme l'aluminium ou l'acier pour la résistance et pour aider à la chaleur.
Les boîtiers de relais doivent passer des tests de sécurité stricts. Par exemple, ilsne doit pas prendre le feu dans les tests de fil lueur. De nombreux logements suivent également des règles pour bloquer l'eau et d'autres liquides. Certains ont des joints serrés et des revêtements spéciaux. Ceux-ci gardent le relais en sécurité pendant le soudage et dans des points humides ou sales. Les enceintes de relais à l'état solide sont très difficiles:
- Ilsrésister à l'humidité
- Ils résistent à la moisissure
- Ils résistent à la corrosion
- Ils résistent aux vibrations
- Ils résistent au choc
- Ils peuvent même arrêter les explosions
Ces fonctionnalités font que les relais à semi-conducteurs fonctionnent bien dans les usines, les voitures et à l'extérieur. La bonne enceinte permet au relais de fonctionner pendant de nombreuses années, même dans des endroits durs.
Remarque:matériaux de logementGardez la sécurité de l'électronique du relais et aide à adopter des règles de sécurité à utiliser dans l'industrie.
Comparaison avec les relais mécaniques
Différences matérielles
Les relais à semi-conducteurs et les relais mécaniques sont fabriqués à partir de différentes choses. Les relais à l'état solide utilisent des semi-conducteurs comme l'arséniure de silicium et de gallium. Ces matériaux aident le relais à changer rapidement et à ne pas avoir de pièces mobiles. Les relais mécaniques utilisent des contacts métalliques, des ressorts et des bobines.
Ces pièces se déplacent pour ouvrir ou fermer le circuit. Le tableau ci-dessous montre comment ces matériaux changent le fonctionnement des relais:
| Paramètre | Relais d'état solide (SSR) | Relais mécanique |
|---|---|---|
| Courant de fuite (hors État) | Jusqu'à 10 mA à 20 degrés | Env. 277 Na (environ 36, 000 fois moins) |
| Interprétation de l'évaluation de la tension | Maximum absolu au-delà de laquelle la destruction des appareils se produit | Limite de vie de service; Force diélectrique 10 à 100 fois Tension nominale |
| Gestion thermique | Nécessite des dissipateurs de chaleur pour atteindre le courant nominal | Les notes s'appliquent directement sur l'appareil tel quel |
| Sensibilité à DV / DT & DI / DT | Sensible; nécessite des circuits de snobber pour atténuer les contraintes de commutation | Pas sensible; Aucun snobber nécessaire |
Les relais à semi-conducteurs ont besoin de dissipateurs thermiques et de circuits de snobber. En effet, les semi-conducteurs peuvent devenir chauds et sont sensibles aux changements de tension rapide. Les relais mécaniques n'ont pas besoin de ces pièces supplémentaires. Leurs contacts métalliques peuvent mieux gérer les pointes de chaleur et de tension. Mais, leLes pièces métalliques s'usentaprès un certain temps.
Remarque: les relais à semi-conducteurs utilisent des matériaux spéciaux pour la vitesse et la sécurité. Les relais mécaniques utilisent des métaux forts pour durer plus longtemps.
Durée de vie et de performance
Les relais à semi-conducteurs durent beaucoup plus longtemps que les relais mécaniques. Ils n'ont pas de pièces mobiles, donc rien ne s'use à l'intérieur. Cela signifie qu'ils peuvent allumer et désactiver des millions de fois. Les relais mécaniques ont des contacts qui se touchent et se séparent. Chaque fois qu'ils changent, les contacts s'usent un peu. Après de nombreuses utilisations, cela fait fonctionner le relais. Les relais à semi-conducteurs changent également beaucoup plus rapidement. Ils peuvent s'allumer et désactiver en microsecondes. Les relais mécaniques sont plus lents car leurs pièces doivent se déplacer. Les relais à semi-conducteurs sont calmes lorsqu'ils travaillent. Les relais mécaniques font un son clic chaque fois qu'ils changent.
- Les relais à l'état solide fonctionnent bien avec les vibrations, la poussière et l'humidité.
- Ils ne brillent pas ou ne sont pas arc, il y a donc moins de risque d'incendie.
- Ils utilisent moins d'énergie lors de la commutation.
- Relais mécaniquesBesoin de bons matériaux de contact, comme l'argent, pour durer plus longtemps.
- Les relais à semi-conducteurs ont besoin d'un bon refroidissementpour les empêcher de devenir trop chauds.
Les relais mécaniques peuvent durer des milliers de cycles. Les relais à semi-conducteurs peuvent durer des millions de cycles. Cela rend les relais à semi-conducteurs meilleurs pour les emplois qui doivent être rapides, durer longtemps et rester silencieux.
Les relais à semi-conducteurs ont des matériaux spéciaux et des pièces intelligentes pour de bonnes performances. Ils utilisentsilicium, arséniure de gallium, cuivre et aluminiumà l'intérieur. Ces matériaux aident le relais à rester au frais et durent plus longtemps que les relais mécaniques. De bons dissipateurs de chaleur et des matériaux d'interface thermique aident à contrôler la température. Cela rend le relais plus fiable et l'aide à durer plus longtemps. Puisqu'il n'y a pas de pièces mobiles, le relais ne s'use pas rapidement et fonctionne tranquillement. Lors de la sélection d'un relais, les gens doivent vérifier les matériaux et la conception pour s'assurer qu'il correspond à leurs besoins.
FAQ
Quels matériaux aident les relais à semi-conducteurs à gérer les températures élevées?
Les fabricants utilisent des matériaux d'interface thermique comme les coussinets en silicone et la graisse thermique. Ces matériaux éloignent la chaleur des pièces importantes. Un bon contrôle de chaleur aide le relais à durer plus longtemps. Il garde également le relais en sécurité dans des endroits chauds.
Qu'est-ce qui rend les relais à semi-conducteurs différents des relais mécaniques?
Les relais à semi-conducteurs utilisent des semi-conducteurs, des plastiques et des métaux. Ils n'ont pas de pièces mobiles à l'intérieur. Les relais mécaniques utilisent des contacts métalliques et des ressorts qui se déplacent. Les relais à semi-conducteurs durent plus longtemps et changent plus rapidement en raison de leurs matériaux spéciaux.
Qu'est-ce qui protège l'intérieur d'un relais à l'état solide de la poussière et de l'eau?
Des enceintes en plastique et en métal solides gardent le relais en sécurité. Ces boîtiers bloquent la poussière, l'eau et les bosses de pénétrer à l'intérieur. Certaines enceintes ont des phoques ou des revêtements pour une sécurité supplémentaire dans des endroits difficiles.
Quel rôle joue les coupateurs d'opto-couplets dans un relais à l'état solide?
Les coupleurs opto utilisent la lumière pour séparer les circuits d'entrée et de sortie. Cette séparation maintient l'électronique sensible à l'abri de la haute tension et du bruit. Opto-couplers aide le relais à travailler en toute sécurité.
Quelles composants empêchent les pics de tension dans les relais à semi-conducteurs?
Les circuits de snobber utilisent ensemble des résistances et des condensateurs. Ces pièces prennent une énergie supplémentaire à partir de pointes de tension. Les circuits de snubber protègent les pièces de commutation du relais et l'aident à durer plus longtemps.