Relè a stato solido: Una panoramica di massima

Ecco il blog sui relè a stato solido (SSR) che vi avevo promesso nel mio ultimo blog sui relè meccanici. Gli SSR hanno le stesse funzioni di base dei relè meccanici, ma qui parlerò di come funzionano internamente e del perché potreste preferirli a un relè meccanico, oltre a spiegare un po' di terminologia.

Gli SSR sono composti da tre componenti principali: un sensore, un dispositivo di commutazione e un meccanismo di accoppiamento. In genere, l'accoppiamento è effettuato in modo ottico per fornire un isolamento elettrico tra i circuito di controllo e quello di segnale. L'ingresso accende un LED interno che attiva un diodo fotosensibile. Il diodo accende un SCR, un diodo tiristore o un MOSFET, permettendo al flusso di raggiungere i pin di uscita.

Gli SSR sono in genere più veloci dei relè meccanici, in quanto non presentano parti mobili, quindi il tempo di rilascio viene ridotto di molto, il saltellamento dei contatti non è presente, i relè durano di più e non si registra alcun rumore acustico. Tra gli svantaggi, gli SSR hanno una maggiore resistenza di contatto rispetto a un relè meccanico e sono più vulnerabili a eventuali danni da sovracorrenti transitorie. Se il dispositivo di commutazione interno viene danneggiato, il relè diventa inutilizzabile.

Un aspetto che spesso lascia perplesso chi esamina degli SSR sono le tipologie di uscita. Questi relè sono in grado di commutare c.c., c.a. o una combinazione delle due. Quando si commuta la corrente alternata, si hanno a disposizione più opzioni, tra le quali: zero crossing, controllo proporzionale o asincrono. Diamo un'occhiata alle differenze tra queste alternative.

Zero crossing ("sincrono"): in seguito all'applicazione della tensione di comando, il relè non si accende fino a che la tensione di comando non supera zero volt. L'immagine seguente mostra che la tensione di comando in c.c. viene inviata all'ingresso, ma la tensione di carico in c.a. non viene condotta verso l'uscita fino alla linea 1, che è dove per la prima volta l'onda sinusoidale supera gli zero volt. Il carico non si spegne fino a quando l'onda non supera gli zero volt per la prima volta dopo che la tensione di comando è stata spenta (la linea 1 indica il punto di accensione e la linea 2 quello di spegnimento).

Figura 1: Relè con zero crossing (Immagine per gentile concessione di Digi-Key Electronics)

Controllo proporzionale: in questo caso, la potenza fornita al carico è direttamente proporzionale al segnale di controllo analogico fornito all'ingresso. Il segnale di controllo può prendere più forme, ad esempio 0 ~ 5 V_c.c., 4 ~ 20 mA e 0 ~ 10 V_c.c.. Queste diverse uscite di segnale si trovano in genere nelle applicazioni di illuminazione o di riscaldamento.

Asincrono ("istantaneo" o "accensione casuale"): l'uscita di questi relè si accende non appena la tensione viene applicata all'ingresso e si spegne non appena la tensione viene rimossa e l'onda sinusoidale raggiunge lo zero.

Per ulteriori informazioni sui relè elettromeccanici o i relè in generale, date un'occhiata al blog Relè meccanici: Una panoramica di massima o guardate il video di seguito.