Как собрать твердотельное реле своими руками с помощью симистора

Вы можете купить как механические, так и твердотельные релейные модули. Однако твердотельные реле новее и стоят немного дороже, чем традиционные модули релейных переключателей, которые вы, возможно, уже используете в своих интеллектуальных переключателях DIY или проектах домашней автоматизации.

В этом руководстве мы создадим твердотельное реле всего из нескольких доступных компонентов. Вы можете использовать эти самодельные твердотельные реле в производственной среде, а также в проектах домашней автоматизации или интеллектуальных переключателей.

Твердотельное реле против механического реле: быстрое сравнение

В отличие от механических релейных переключателей твердотельные реле не имеют движущихся частей. Это похоже на сравнение механического жесткого диска и твердотельного накопителя, который намного быстрее и энергоэффективнее.

Точно так же твердотельное реле (ТТР) работает быстрее и не потребляет энергии, когда оно не используется или выключено. Он работает или включается, когда триггерное напряжение обеспечивается подключенным MCU. Самое главное, твердотельное реле занимает меньшую площадь и не издает щелчков при срабатывании.

ТТР также можно использовать для переключения индуктивной нагрузки. Тем не менее, вы должны добавить демпферная цепь к SSR для предотвращения повреждения симистора (триода для переменного тока). Это может не требоваться в некоторых TRIACS, таких как BTA16.

Кроме того, создание твердотельного реле дешевле, чем покупка одного или создание модуля механического реле. Мы создали несколько и использовали их в производственной среде в течение последних нескольких месяцев. На сегодняшний день они работают более плавно и без проблем.

Создание твердотельного реле переменного тока с использованием симистора

Вы можете выбрать одноканальное, двухканальное или многоканальное твердотельное реле в зависимости от ваших требований. Для сборки одноканального твердотельного реле вам потребуются следующие компоненты:

• Резистор 220 Ом ¼ Вт
• Резистор 1K ¼ Вт
• BT136 или аналогичный TRIAC
• Оптопара MOC3021
• Винтовой зажим
• Двухконтактный штекерный разъем Berg Strip
• Универсальная печатная плата
• 6-контактная база ИС (дополнительно)
• Радиатор (необязательно, но рекомендуется для работы с более тяжелыми грузами)
• светодиод (опционально)
• Паяльник и припой

Вам также нужно будет научиться паять, если вы никогда не делали этого раньше, для сборки твердотельного релейного модуля своими руками.

Шаг 1: Припаяйте компоненты к печатной плате

Возьмите печатную плату общего назначения и подключите все компоненты, как показано на следующей схеме.

Вот так должно выглядеть после сборки и пайки необходимых компонентов на плате.

Шаг 2. Проверьте твердотельное реле

Чтобы проверить самодельное твердотельное реле, вам понадобится несколько проводов и блок питания на 3,3 В или 5 В. Вы можете использовать любую батарею на 3,3 В или микроконтроллер, например NodeMCU, D1 Mini, Arduino Uno и т. д., для подачи триггерного напряжения, необходимого для тестирования переключателя твердотельного реле.

Тестирование твердотельного реле и его установка предполагают работу с источником питания переменного тока 110–240 В. Пожалуйста, продолжайте, только если вы знаете, что делаете. Это может быть смертельным, если не сделать это осторожно.

1. Получите плату расширения и убедитесь, что она не подключена к розетке переменного тока.
2. Приобретите устройство переменного тока, например вентилятор или лампочку.
3. Возьмите два провода и подключите их к нагрузке переменного тока, например. вентилятор или лампочка.
4. Подключите один из проводов, подключенных к нагрузке переменного тока, к винтовой клемме твердотельного реле (T1).
5. Возьмите еще один провод и подключите один конец к винтовой клемме твердотельного реле (T2), а другой — к гнезду платы расширения. Это должно выглядеть так, как показано на следующей диаграмме. Убедитесь, что соединения надежны, чтобы избежать короткого замыкания.
6. Теперь подключите две клеммы батареи 3,3 В или клеммы MCU 3,3 В и GND к входным контактам твердотельного реле, как показано на схеме. Если вы используете MCU, используйте провода DuPont. Также убедитесь, что полярность правильная, как показано на схеме.
7. Подключите плату расширения к выключателю переменного тока и включите его.
8. Нагрузка должна включиться. Если отключить питание 3,3 В от входных клемм твердотельного реле, нагрузка должна отключиться.

Работа твердотельного реле

Когда на твердотельное реле подается триггерное напряжение 3,3 В или, внутренний светодиод или ИК-светодиод в оптроне включается и начинает излучать свет на оптический датчик, подключенный к контактам 4 и 6.

В результате сопротивление между контактами 4 и 6 становится низким, что приводит к срабатыванию симистора и подключенной нагрузке переменного тока. Оптопара помогает разделить высоковольтные и низковольтные цепи, защищая Arduino или микроконтроллер от любых помех или повреждений.

Шаг 3. Соедините твердотельное реле с Arduino или ESP8266.

Теперь вы можете подключить твердотельное реле к Arduino или другому микроконтроллеру. Вместо трех перемычек для механического реле вам нужны только две для твердотельного реле: одна для входного сигнала (3,3 В) и другая для земли (GND).

В зависимости от нагрузки вы можете выбрать симисторы с более высокой нагрузкой, такие как BTA16, с радиатором для создания твердотельных реле для больших нагрузок (2000 Вт и более). Не забудьте использовать снабберную схему, если вы собираетесь использовать твердотельное реле для индуктивного переключения нагрузки, например, для двигателя или насоса.

Используйте самодельные твердотельные реле для создания интеллектуальных переключателей

Вы можете использовать эти твердотельные релейные модули в своих проектах умного дома. Вы можете проектировать модули интеллектуальных переключателей на базе ESP12 со встроенным твердотельным реле, используя инструмент для создания эскизов электроники Fritzing. После разработки вы можете заказать печать печатной платы у поставщика услуг по прототипированию/производству печатных плат или просто продолжать использовать печатные платы общего назначения.

Вы можете использовать это реле для сделать умный выключатель света с датчиком движения или коммутаторы Wi-Fi и установите их у себя дома или в офисе. Интеллектуальные устройства могут помочь вам в значительной степени сократить потери энергии, помимо того, что они удобны в использовании. Кроме того, вы также можете настроить сервер Home Assistant на Raspberry Pi добавить автоматизацию.

Замените механические реле твердотельными реле

Теперь, когда вы научились создавать твердотельные реле, вы можете заменить механические реле твердотельным реле, чтобы обеспечить эффективное переключение и избежать щелчков. Имея меньшую площадь по сравнению с механическими реле, вы можете проектировать и создавать прототипы или интеллектуальные переключатели в гораздо меньших 3D-печатных корпусах для вашего проекта умного дома.

Как добавить управление Wi-Fi к вашему кондиционеру и сделать его умным

Читать дальше