Un relé de estado sólido ( SSR ) es un dispositivo de conmutación electrónico que se enciende o apaga cuando se aplica un voltaje externo (CA o CC) a través de sus terminales de control. Cumplen la misma función que un relé electromecánico , pero la electrónica de estado sólido no contiene partes móviles y tiene una vida útil más larga. Los relés de estado sólido fueron inventados en 1971 por la división Crydom Controls de International Rectifiers. [ se necesita fuente no primaria ] [1]
Los SSR constan de un sensor que responde a una entrada apropiada (señal de control), un dispositivo de conmutación electrónico que conmuta la alimentación al circuito de carga y un mecanismo de acoplamiento para permitir que la señal de control active este interruptor sin piezas mecánicas. Pueden estar diseñados para conmutar cargas de CA o CC . Los SSR empaquetados utilizan dispositivos semiconductores de potencia , como tiristores y transistores , para conmutar corrientes de hasta unos cien amperios . Los SSR tienen velocidades de conmutación rápidas en comparación con los relés electromecánicos y no tienen contactos físicos que se desgasten. Los SSR no pueden soportar una gran sobrecarga momentánea como lo hace un relé electromecánico y tienen una mayor resistencia de "encendido".
En los circuitos de CA, los relés SCR o triac se apagan inherentemente en los puntos de cruce por cero de CA cuando hay corriente de carga cero. El circuito nunca se interrumpirá en medio de un pico de onda sinusoidal, lo que evitará los grandes voltajes transitorios que de otro modo ocurrirían debido al colapso repentino del campo magnético alrededor de la inductancia. Con la adición de un detector de punto cero (y sin inductancia de circuito adversa ni EMF resultante ), los SCR individuales se pueden volver a encender al comienzo de una nueva onda. Esta característica se llama conmutación de cruce por cero o cruce por cero.
Un SSR basado en un único MOSFET , o en varios MOSFET en una matriz en paralelo, puede funcionar bien para cargas de CC. Los MOSFET tienen un diodo de sustrato inherente que conduce en dirección inversa, por lo que un solo MOSFET no puede bloquear la corriente en ambas direcciones. Para el funcionamiento con CA (bidireccional), se disponen dos MOSFET uno detrás del otro con sus pines de origen unidos. Sus pasadores de drenaje están conectados a ambos lados de la salida. Los diodos del sustrato tienen polarización inversa alternativamente para bloquear la corriente cuando el relé está apagado. Cuando el relé está activado, la fuente común siempre funciona con el nivel de señal instantánea y ambas puertas están polarizadas positivamente en relación con la fuente mediante el fotodiodo. [ impreciso ]
Es común proporcionar acceso a la fuente común para que se puedan conectar varios MOSFET en paralelo si se conmuta una carga de CC. Por lo general, se proporciona una red para acelerar el apagado del MOSFET cuando se elimina la entrada de control.
Los SSR para aplicaciones de conmutación de CC pueden utilizar MOSFET o IGBT .
La selección del tipo apropiado de SSR [2] es importante, especialmente cuando la aplicación requiere una condición de encendido/apagado crítica en el tiempo sin variación.
Las aplicaciones que requieren conmutación de encendido/apagado de tiempo crítico deben utilizar tipos de diseño de transistor o MOSFET, ya que no están sujetos a las variaciones inherentes de cruce por cero que exhibirán los dispositivos SCR o TRIAC.
La señal de control debe estar acoplada al circuito controlado de manera que proporcione aislamiento galvánico entre los dos circuitos.
Muchos SSR utilizan acoplamiento óptico. El voltaje de control energiza un LED interno que ilumina y enciende un diodo fotosensible (fotovoltaico); la corriente del diodo enciende un tiristor consecutivo ( TRIAC ), SCR o MOSFET para cambiar la carga. El acoplamiento óptico permite aislar eléctricamente el circuito de control de la carga.
La mayoría de las ventajas relativas de los relés de estado sólido sobre los relés electromecánicos son comunes a todos los dispositivos de estado sólido en comparación con los dispositivos electromecánicos.
Los SSR se caracterizan por una serie de parámetros que incluyen el voltaje de entrada de activación requerido, la corriente, el voltaje y la corriente de salida, ya sea CA o CC, la caída de voltaje o la resistencia que afecta la corriente de salida, la resistencia térmica y los parámetros térmicos y eléctricos para un área de operación segura ( ej., reducción de potencia según la resistencia térmica al conmutar repetidamente grandes corrientes). Los SSR también pueden incluir hardware de cruce por cero para encender o apagar el voltaje solo cuando el voltaje de CA está en cero. Los SSR proporcionales pueden retrasar el inicio del voltaje después del cruce por cero para reducir la salida de corriente (control del ángulo de fase).