La sustitución de las válvulas de vacío por transistores hizo posible cambiar entre estados lógicos con un consumo de energía mínimo y en un espacio relativamente más pequeño. Este artículo se centrará en el cambio lógico.
No ha cambiado mucho con las tecnologías de conmutación eléctrica, aunque ha habido algunas innovaciones en torno a diversas técnicas de conmutación de cargas eléctricas. Aún así, el tamaño y la potencia de los dispositivos utilizados para la conmutación eléctrica son mucho mayores que los de la conmutación lógica.
El componente de conmutación eléctrica más popular conocido es un relé. Por sí solo, consume mucha menos energía que la pesada carga que puede transportar. El conductor y la carga de un relé están aislados entre sí para evitar accidentes en el sistema de control.
Podemos clasificar los relés en dos categorías.
- Electromecánico
- SSR (relés de estado sólido)
Generalmente, los relés son electromecánicos, en los que un cable sólido hace contacto y permite que la corriente pase a través de él, generalmente cortocircuitando el cable en la salida. Los relés que funcionan según este principio son los más familiares. Funcionan mejor en los casos en que el retraso no importa y la frecuencia de conmutación es baja. Pero ¿qué pasa con los casos en los que un retraso es crítico y se requiere una alta actividad de conmutación? Aquí es donde los SSR son adecuados. Los SSR conmutan la salida sin la participación de piezas mecánicas y utilizan diversas técnicas para conmutar la salida sin ningún contacto físico.
Relés de estado sólido (SSR)
A diferencia de los relés normales, los relés de estado sólido no tienen piezas mecánicas, por lo que no producen ruido durante la conmutación. Quitar el elemento mecánico aumenta la velocidad de conmutación al permitir que los relés funcionen a frecuencias más altas. Los relés de estado sólido cumplen con todas las demás propiedades de los relés (aislamiento, conducción de cargas pesadas, etc.) de los miembros mecánicos de su familia. Los relés de estado sólido más comunes funcionan según el principio de optoaislamiento, donde la entrada y la salida se separan en función de la luz.
¿Qué es el optoaislamiento?
El optoaislamiento u optoacoplamiento es una técnica en la que una resistencia dependiente de la luz (LDR) activa una salida cuando su superficie está expuesta a una fuente de luz. En el caso de los relés de estado sólido tenemos un LED en la entrada y una resistencia dependiente de la luz en la salida. La resistencia dependiente de la luz en la salida forma parte de un circuito formado por varios otros componentes electrónicos, como un transistor, un diodo, un MOSFET, un SCR, un DIAC o un TRIAC.
Por ejemplo,
Figura 1. Estructura interna de un SSR.
El SSR anterior tiene un LED en la entrada y un MOSFET en la salida. El LDR no se muestra en el diagrama de circuito anterior, pero se encuentra entre la base de los dos MOSFET. Cuando la luz LED incide sobre el LDR, la resistencia del LDR disminuye y un cortocircuito permite que la corriente fluya entre los canales de salida. El RSS de la Figura 1 puede manejar una corriente de carga de unos pocos miliamperios.
Figura 2. Un ejemplo de otro SSR.
La estructura interna del SSR que se muestra en la Figura 2 se separa mediante un optoaislador. En el lado de la salida, ahora tenemos otros componentes, como el opto triac y el SCR. El SSR anterior puede manejar corriente en amperios; A medida que aumenta la potencia de salida del SSR, la estructura interna se vuelve cada vez más compleja.
Las principales ventajas de los SSR respecto a los relés tradicionales son:
- Conmutación no mecánica.
- Casi ningún ruido de conmutación.
- La frecuencia de conmutación es alta en comparación con los relés convencionales.
- Aislamiento optoelectrónico.
- Bajo consumo de energía de entrada (solo un LED en la entrada. Mientras que tradicionalmente es una bobina).
- Impulsa cargas pesadas y se utiliza en procesos industriales pesados donde los motores pesados funcionan a altas frecuencias.
- Funciona con voltaje CA y CC.
Las principales desventajas de los SSR respecto a los relés tradicionales son:
- El SSR se calienta muy rápidamente, por lo que se necesita un disipador de calor adicional para absorber el calor. Esto aumenta la lista de materiales.
- Si bien no es necesariamente una desventaja, es importante en determinadas aplicaciones. Debido al tamaño y peso de los SSR, es difícil montarlos en una PCB y se requiere espacio adicional para alojarlos.
Cómo construir tu SSR
Sí, es posible construir un SSR desde cero. En la Figura 3 se muestra un circuito SSR simple.
Figura 3 Hecha de circuitlab.com
La parte central de su SSR personalizado será un fotoacoplador. Le sugerimos que elija un fotoacoplador con una salida impulsada por un TRIAC, como se muestra en la Figura 3 . Las entradas SSR se pueden controlar con un microcontrolador o circuito digital. Las aplicaciones de servicio pesado incluyen entradas de un PLC (controlador lógico programable) o VFD (controladores de frecuencia variable). Un circuito disparador Schmitt también puede activar el SSR, aunque es mejor utilizar una arquitectura Schmitt cuando la energía es crítica.
Puedes conectar tus cargas directamente o extender el circuito según tus necesidades en la salida de los pines SSR. Para fines de prueba, se prefiere una lámpara en la salida, donde la lámpara es impulsada por un TRIAC que funciona con una fuente de alimentación de CA.