SSRまたはソリッドステートリレーは、機械的接点を必要とせずに機能する高出力電気スイッチであり、代わりに次のようなソリッドステート半導体を使用します。 MOSFET 電気負荷を切り替えるため。

SSRは、ごくわずかな電流で小さな入力トリガー電圧を介して、高電力負荷を動作させるために使用できます。

これらのデバイスは、高電力AC負荷の操作だけでなく DC負荷。

ソリッドステートリレーは、電気機械式リレーいくつかの異なる機能のため。

SSRの主な機能と利点

ソリッドステートリレーの主な機能と利点または SSR は：

SSRは最小限の通常の電子部品を使用して簡単に構築できます
機械的な接触がないため、クリック音が発生することなく機能します。
ソリッドステートであるということは、SSRが従来の電気機械タイプよりもはるかに速い速度で切り替わることができることも意味します。
SSRは、スイッチをオンにするために外部電源に依存せず、負荷自体から電源を抽出します。
それらはごくわずかな電流を使用して動作するため、バッテリー駆動システムではバッテリーを消耗しません。これにより、デバイスのアイドル電流も無視できるようになります。

MOSFETを使用した基本的なSSR作業コンセプト

以前の投稿の1つで、MOSFETベースの方法を説明しました双方向スイッチ標準のように、任意の電気負荷を操作するために使用できますメカニカルスイッチ、しかし例外的な利点があります。

同じMOSFET双方向スイッチの概念を適用して、理想的なSSRデバイスを作成できます。

トライアックベースのSSRについては、を参照してください。この投稿へ

基本的なSSR設計

上に示した基本的なSSR設計では、適切な定格のMOSFET T1とT2が背中合わせに接続され、ソース端子とゲート端子が互いに共通に結合されていることがわかります。

D1とD2は、それぞれのMOSFETの内部ボディダイオードであり、必要に応じて外部並列ダイオードで補強することができます。

入力DC電源は、2つのMOSFETの共通のゲート/ソース端子間に接続されていることも確認できます。この電源は、MOSFETをオンにトリガーするため、またはSSRユニットの動作中にMOSFETの永続的なスイッチをオンにするために使用されます。

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グリッドの主電源レベルまでのAC電源と負荷は、MOSFETの2つのドレインに直列に接続されています。

使い方

提案された販売状態リレーの動作は、次の図と対応する詳細を参照することで理解できます。

上記の設定では、入力ゲート電源が接続されているため、T1とT2は両方ともスイッチオンの位置にあります。負荷側のAC入力がスイッチオンの場合、左側の図は関連するMOSFET /ダイオードペア（T1、D2）を介して正の半サイクルがどのように導通するかを示し、右側の図は他の補完するMOSFET /を介して負のACサイクルがどのように導通するかを示します。ダイオードペア（T2、D1）。

左の図では、ACハーフサイクルの1つがT1とD2（T2は逆バイアスされている）を通過し、最後に負荷を介してサイクルを完了していることがわかります。

右側の図は、負荷T2、D1（この場合はT1が逆バイアスされている）を介して導通することにより、残りの半サイクルがどのように反対方向に回路を完成させるかを示しています。

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このようにして、2つのMOSFET T1、T2とそれぞれのボディダイオードD1、D2により、ACの半サイクルの両方が導通し、AC負荷に完全に電力が供給され、SSRの役割が効率的に実行されます。

実用的なSSR回路の作成

これまでにSSRの理論設計を学習しました。次に、外部入力DCを使用せずに、目的の高電力AC負荷を切り替えるための実用的なソリッドステートリレーモジュールを構築する方法を見てみましょう。

上記のSSR回路は、前の基本設計で説明したのとまったく同じ方法で構成されています。ただし、ここでは、MOSFET本体のダイオードD3、D4に加えて、2つの追加のダイオードD1、およびD2があります。

ダイオードD1、D2は、D3、D4MOSFETボディダイオードと組み合わせてブリッジ整流器を形成するように特定の目的で導入されています。

小さなオンオフスイッチは、SSRのオン/オフを切り替えるために使用できます。このスイッチは、リードスイッチまたは任意の低電流スイッチである可能性があります。

高速スイッチングの場合は、スイッチをオプトカプラー以下に示すように。

本質的に、回路は現在3つの要件を満たしています。

MOSFET /ダイオードSSR構成を介してAC負荷に電力を供給します。
D1 --- D4によって形成されるブリッジ整流器は、負荷AC入力を整流およびフィルタリングされたDCに同時に変換し、このDCはMOSFETのゲートにバイアスをかけるために使用されます。これにより、外部DCに依存することなく、負荷AC自体を介してMOSFETを適切にオンにすることができます。
整流されたDCは、適切な外部負荷に電力を供給するために使用できる補助DC出力としてさらに終端されます。

回路の問題

上記の設計を詳しく見ると、このSSR設計では、目的の機能を効率的に実装する際に問題が発生する可能性があることがわかります。これは、スイッチングDCがMOSFETのゲートに到達するとすぐにオンになり、ドレイン/ソースを流れる電流がバイパスされ、ゲート/ソース電圧が低下するためです。

MOSFETT1について考えてみましょう。整流されたDCがT1のゲートに到達し始めるとすぐに、約4 V以降で右にオンになり始め、ドレイン/ソース端子を介した電源のバイパス効果を引き起こします。この瞬間、DCはツェナーダイオードを横切って上昇し、ゼロに向かって低下し始めるのに苦労します。

これにより、MOSFETがオフになり、MOSFETのドレイン/ソースとMOSFETのゲート/ソースの間で継続的な膠着状態のような闘争または綱引きが発生し、SSRが正しく機能しなくなります。

ソリューション

上記の問題の解決策は、次の回路概念の例を使用して実現できます。

ここでの目的は、ツェナーダイオード間またはMOSFETのゲート/ソース間で最適な15Vが発生するまでMOSFETが導通しないようにすることです。

オペアンプは、DCラインが15 Vツェナーダイオードの基準しきい値を超えたときにのみ出力が起動することを保証します。これにより、MOSFETゲートは導通に最適な15 VDCを得ることができます。

IC 741のピン3に関連付けられた赤い線は、外部ソースからの必要な切り替えのために、オプトカプラを介して切り替えることができます。

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使い方 ：ご覧のとおり、オペアンプの反転入力は15Vツェナーに接続されており、オペアンプのピン2の基準レベルを形成します。オペアンプの非反転入力であるピン3は正のラインに接続されています。この構成により、オペアンプの出力ピン6は、ピン3の電圧が15 Vマークを超えた場合にのみ15V電源を生成します。このアクションにより、MOSFETは有効な15 Vの最適ゲート電圧のみを介して導通し、SSRの適切な動作が可能になります。