TriacとOptoCouplerを使用した220Vソリッドステートリレー（SSR）回路

ACメインソリッドステートリレーまたはSSRは、機械的な可動接点を組み込むことなく、絶縁された最小DC電圧トリガーを介してメインレベルで重いAC負荷を切り替えるために使用されるデバイスです。

この投稿では、トライアック、BJT、ゼロ交差オプトカプラーを使用して、単純なソリッドステートリレーまたはSSR回路を構築する方法を学習します。

メカニカルリレーに対するソリッドステートSSRの利点

機械式のリレーは、非常にスムーズで、非常に迅速でクリーンなスイッチングを必要とするアプリケーションでは、かなり非効率になる可能性があります。

SSRの提案された回路は、自宅で構築し、真に高度な負荷処理を必要とする場所で使用できます。

この記事では、ゼロ交差検出器を内蔵したソリッドステートリレー回路について説明します。

回路は非常に理解しやすく、構築も簡単ですが、クリーンなスイッチング、RF障害のない、最大500ワットの負荷を処理できるなどの便利な機能を備えています。リレーとその機能について多くのことを学びました。

これらのデバイスは、電子回路出力から受信した小さな電気パルスに応答して、外部の絶縁された接点のペアを介して重い電気負荷を切り替えるために使用されることがわかっています。

通常、トリガー入力はリレーコイル電圧（6、12、または24 V DC）の近くにありますが、リレー接点によって切り替えられる負荷と電流はほとんどAC主電位のレベルにあります。

基本的にリレーは、危険な電位を切り替え先の脆弱な電子回路に接触させることなく、接点に接続された重いものを切り替えることができるので便利です。

ただし、利点には、無視できないいくつかの重大な欠点が伴います。接点には機械的な操作が含まれるため、高精度、迅速、効率的なスイッチングを必要とする高度な回路では不十分な場合があります。

機械式リレーは、スイッチング中にRF干渉とノイズを生成するという評判も悪く、その結果、時間の経過とともに接点が劣化します。

MOSFETベースのSSRの場合は この投稿を参照してください

SSRを作成するためのSCRまたはトライアックの使用

トライアックとSCRは、上記のリレーが非効率であることが判明した場所での優れた代替品であると考えられていますが、これらも動作中にRF干渉生成の問題を引き起こす可能性があります。

また、SCRとトライアックを電子回路に直接統合する場合は、回路のアース線をカソードに接続する必要があります。これは、回路セクションがデバイスからの致命的なAC電圧から分離されなくなったことを意味します。これは、安全性に関する重大な欠点です。ユーザーが懸念しています。

ただし、上記のいくつかの欠点を完全に処理すれば、トライアックを非常に効率的に実装できます。したがって、リレーを効率的に交換するためにトライアックで除去する必要がある2つのことは、切り替え中のRF干渉と、危険な主電源の回路への侵入です。

ソリッドステートリレーは、上記の仕様に正確に基づいて設計されているため、RF推論が排除され、2つのステージが他のステージから完全に離れた状態に保たれます。

商用SSRは非常にコストがかかる可能性があり、問題が発生した場合はサービスを提供できません。ただし、ソリッドステートリレーをすべて自分で作成し、それを必要なアプリケーションに使用することは、まさに「医師が注文した」ものである可能性があります。ディスクリート電子部品を使用して構築できるため、完全に修復可能、変更可能になり、さらにシステムの内部操作に関する明確なアイデアが得られます。

ここでは、単純なソリッドステートリレーの作成について学習します。

使い方

上記のセクションで説明したように、提案されたSSRまたはソリッドステートリレー回路設計では、トライアックをAC正弦波のゼロマーク付近でのみ切り替えることによってRF干渉をチェックし、オプトカプラーを使用して入力がトライアック回路に存在するAC主電源電位から十分に離してください。

回路がどのように機能するかを理解してみましょう。

図に示すように、オプトカプラはトリガーとスイッチング回路の間のポータルになります。入力トリガーは、光トランジスタを点灯させて導通させるオプトのLEDに適用されます。
フォトトランジスタからの電圧は、コレクタを通過してエミッタに到達し、最終的にトライアックのゲートに到達して動作します。

上記の操作はごく普通のことであり、通常、すべてのトライアックとSCRのトリガーに関連付けられています。ただし、これではRFノイズを除去するには不十分な場合があります。

3つのトランジスタといくつかの抵抗で構成されるセクションは、トライアックがAC正弦波形のゼロしきい値の近くでのみ導通することを保証することにより、RF生成をチェックする目的で特に導入されています。

AC主電源が回路に適用されると、整流されたDCがオプトトランジスタのコレクタで利用可能になり、上記のように導通しますが、T1のベースに接続された抵抗の接合部の電圧はすぐに導通するように調整されますAC波形が7ボルトマークを超えた後。長い間、波形はこのレベルを超えたままで、T1がオンになります。

これにより、オプトトランジスタのコレクタ電圧が接地され、トライアックの導通が抑制されますが、電圧が7ボルトに達してゼロに近づくと、トランジスタは導通を停止し、トライアックを切り替えます。

このプロセスは、マイナス7ボルトを超える電圧に応答してT2、T3が導通する負の半サイクル中に繰り返され、相電位がゼロに近づいたときにのみトライアックが発火することを確認し、ゼロ交差RF干渉の誘導を効果的に排除します。

ソリッドステートSSR回路の回路図

提案されたソリッドステートリレー回路の部品リスト

• R1 = 120 K、
• R2 = 680K、
• R3 = 1 K、
• R4 = 330 K、
• R5 = 1 M、
• R6 = 100オーム1W、
• C1 = 220 uF / 25 V、
• C2 = 474 / 400Vメタライズドポリエステル
• C3 = 0.22uF / 400V PPC
• Z1 = 30ボルト、1 W、
• T1、T2 = BC547B、
• T3 = BC557B、
• TR1 = BT 36、
• OP1 = MCT2Eまたは同様のもの。

PCBレイアウト

SCRオプトカプラー4N40の使用

今日、最新のオプトカプラーの出現により、高品位のソリッドステートリレー（SSR）の作成が非常に簡単になりました。 4N40は、AC負荷の必要な分離トリガーにフォトSCRを使用するこれらのデバイスの1つです。

このオプトカプラは、信頼性が高く効果的なSSR回路を作成するために簡単に構成できます。この回路は、以下に示すように、完全に分離された5Vロジック制御を介して220V負荷をトリガーするために使用できます。

画像提供： ファーネル