Un relé de estado sólido ( SSR ) es un dispositivo de conmutación electrónico que se activa o desactiva 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 operativa más larga. Los relés de estado sólido fueron inventados en 1971 por la división Crydom Controls de International Rectifiers. [ Se necesita una fuente no primaria ] [1]
Los relés de estado sólido (SSR) constan de un sensor que responde a una entrada apropiada (señal de control), un dispositivo de conmutación electrónico que conmuta la alimentación a los circuitos 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 relés de estado sólido encapsulados utilizan dispositivos semiconductores de potencia, como tiristores y transistores , para conmutar corrientes de hasta unos cien amperios . Los relés de estado sólido tienen velocidades de conmutación rápidas en comparación con los relés electromecánicos y no tienen contactos físicos que se desgasten. Los relés de estado sólido no pueden soportar una gran sobrecarga momentánea como puede hacerlo un relé electromecánico y tienen una resistencia de "encendido" más alta.
En los circuitos de CA, los relés SCR o triac se apagan de manera inherente en los puntos de cruce por cero de CA cuando hay una corriente de carga cero. El circuito nunca se interrumpirá en medio de un pico de onda sinusoidal, lo que evita 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 adversa en el circuito y la fuerza contraelectromotriz 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 relé de estado sólido basado en un solo 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 en CA (bidireccional), se disponen dos MOSFET uno detrás del otro con sus pines de fuente unidos. Sus pines de drenaje están conectados a cada lado de la salida. Los diodos de sustrato están polarizados inversamente de forma alterna para bloquear la corriente cuando el relé está apagado. Cuando el relé está encendido, la fuente común siempre está en el nivel de señal instantánea y ambas puertas están polarizadas positivamente en relación con la fuente por el fotodiodo. [ vago ]
Es habitual proporcionar acceso a la fuente común para que se puedan conectar varios MOSFET en paralelo si se conmuta una carga de CC. Normalmente 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 variaciones.
Las aplicaciones que requieren conmutación de encendido y apagado en tiempo crítico deben utilizar diseños de transistores 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 relés de estado sólido utilizan acoplamiento óptico. El voltaje de control activa un LED interno que se ilumina y enciende un diodo fotosensible (fotovoltaico); la corriente del diodo activa un tiristor ( TRIAC ), un SCR o un MOSFET para conmutar la carga. El acoplamiento óptico permite que el circuito de control esté aislado eléctricamente 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 relés de estado sólido (SSR) se caracterizan por una serie de parámetros que incluyen el voltaje de entrada de activación requerido, la corriente, el voltaje de salida y la corriente, 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 (por ejemplo, reducción de potencia según la resistencia térmica cuando se conmutan grandes corrientes repetidamente). Los relés de estado sólido también pueden incluir hardware de cruce por cero para encender o apagar el voltaje solo cuando el voltaje de CA está en cero. Los relés de estado sólido proporcionales pueden retrasar el inicio del voltaje después del cruce por cero para reducir la salida de corriente (control del ángulo de fase).