Solid State Relæ med FET

[SuperClaus]

Til et projekt ang. noget strømbesparelse, har jeg brug for at kunne tænde og slukke for div. alm. udstyr - mest computere, monitorer, printere og lign 230Vac udstyr.

Som styrbar "kontakt" er jeg endt med at bruge et hjemmebygget triackredsløb, med zerocross tænding. Kredsløbet kan jeg nemt tænde med de 5Vdc jeg har tilrådighed for dette.

Mekaniske relæ'er er jeg gået bort fra da pga. de alm. problemer med slid og det faktum at et lille relæ der skal tænde for en 300W switchmode strømforsyning eller en samling neonrør, har det med at brænde fast i kontaktsættet.
Diagrammet for Triac-kredsløbet ses her, hvis ellers jeg har anvendt visbilledeherfunktionen rigtigt



Triackredsløbet virker som sådan fint, men mit problem er at den bliver lidt for varm når middelstrømmen ryger over 2A.

Så nu vil jeg gerne finde et kredsløb der bruger et par FET'er i stedet for en triac, da FET'er jo har en mindre spænding over sig når de er tændt end triac'en.

Jeg forestillede mig at det så skulle indeholde 2 FET'er, et driverkredsløb (i form af en lille komplet driverchip) og måske et par snubberled for beskyttelse.
Gik ellers igang på google og i mine gamle lærerbøger samt div. driverdatablade, for at finde en praktisk anvendeligt kredsløb, men ikke om det er lykkedes mig - kan kun finde de lidt mere komplicerede kredsløb som jeg hverken har lyst til at lege med eller brug for, da det jo "bare" skal tænde og slukke for div. strømforbrugende enheder, et par gange i døgnet.

Så nu håber jeg at en ingeniørdebatmedlem kan hjælpe mig med at finde et lille passende diagram for et simpelt hjemmebygget Solid State Relæ bygget op omkring FET'er.

På forhånd tak.

PS: Havde aldrig troet at der skulle så meget arbejde for lige at finde en fornuftig løsning til at tænde og slukke for alm. apparater ;o)

[Kusco]

Njoh men det er altså hulans meget nemmere og fiksere blot at bruge fx. S202SE2 fra SHARP eller en af de mange SSR'ere fra Crydom.

Jeg har opbygget flere med Triac'er trigget med en enkelt Thyristor men har været iforb. noget omdr. regulering på ventilatorer.
Altså hvor der ikke skal være zero cross detection.

Med FET'er bruges det typisk til bagkant trig. og igen ved omdr.
regulering.
Jeg ville end ikke overveje at bruge dem i dit tilfælde.
Jeg har ikke noget diagram lige i tankerne men ville så nok kigge på IRF's hjemmeside evt. SGS Thomson og Phillips (nu NXP).

[Bent Andersen]

Hvorfor tror du at MOSFET'er har mindre spændingsfald?
For 500...600 V typer ligger de normalt over 0.5 ohm i drain-source modstand, så ved et par ampere er du ligevidt mht. varme.
De meget lave on-modstande finder du kun hos lavspændingstyperne (<60 V), hvor du kan komme ned i nogle få milliohm.

Sæt hellere lidt køling på dine Triac'er, du har jo allerede en konstruktion der virker godt.

MvH,

Bent.

[harbst]

Hej Claus.

Til dine formål skal du ikke bruge zero crossing tænding.
Relæer og almindelige håndbetjente afbrydere fungerer også fint med tilfældigt tændingstidspunkt.

I praksis fungere det  med en simpe dc (konstant) trigning af triac . Så får man også kun strømstød ved indkoblingerne og dem er der langt imellem til dit formål.
 
Hvis man bruger ordentligt dimensionerede relæer, af kvalitet, er der heller ingen besvær med svejsning , eller slid af  kontakter . Jeg er lige ved at påstå at de kan være mere pålidelige end triac og tændingskredsløb.

zero cross tænding af triac  er i øvrigt kun en fordel ved rent resistiv belastning , hvis det endelig skal være.
Hvis du læser mere på teorien vil du se at et lysrørsarmatur nærmere skal tændes på spændingsspidsen, for at undgå strømspidser.

Under tænding af armaturet, er strømmen næsten i kvadratur og nul når spændingen er maksimal. Det er der man skal tænde for at glide lige ind i stationær strømkurve uden overgangsforløb. 

Men som sagt det er i praksis ligegyldigt bare man bruger en solid triac og  rette snubberled, som du kalder dem.

[Kusco]

Hvor mange relæer kan Harbst finde hvor man med 5V spole spænding pålideligt kan aktivere en 300W SMPS med inrush strømme måske >20A ?


SuperClaus har helt ret i at det er uhensigtmæssigt med konventionelle relæer som de iøvrigt er til flere ting.

[SuperClaus]

Tak for svar - nu kommer jeg lige med lidt supplerende info, som jeg ikke fik med i første omgang og selvfølgelig et par spørgsmål mere.

Havde helt glemt at fortælle at størrelsen faktisk betyder noget...

Jeg startede ud med et lille relæ der via 5Vdc styring kan skifte op til 250V/6A og har lavet print og kabinetter ud fra dette. Som Kusco prøver at fortælle, dutter det ikke til selv små switchmodeforsyninger - en 300W standart computerforsyning brænder kontaktsættet fast hvis det får et par forsøg til det. Sætter man 2*300W til samme relæ er man næsten sikker på at det sker hver gang!.

Har kigget på standart SSR, men syntes de er for dyre i forhold til mit budget (jeg er off. ansat og der skal vist både skattelettelser og højere løn til, før jeg vælger et færdig SSR, når nu jeg kan underholde mig selv ved at bygge det selv ;o)

Desuden kan jeg se på databladende at de typisk har 1,6V over sig og så er jeg lige så langt med effektforbrug som ved det triackredsløb jeg har nu.

Den triac som jeg bruger er en BTB24/600V fra ST og har 1,6-1,9V over sig i tændt tilstand - måske at jeg kan finde mig en bedre triac til formålet ??

Bent er lidt for pessimistisk hvad angår FET i højspændingsområdet, men har alligevel en pointe. Har fundet standart FET'er i 600-800V klassen med Ron på 0,150 ohm, men jeg skal nok under 0,1 ohm før det har en mærkbar forbedring i forhold til Triac'en.

Jeg er stadig interesseret hvis nogen ligger inden med et diagram over et tænd/sluk kredsløb bygget op omkring FET'er.

Noget andet jeg lige så på det diagram jeg har forsøgt at vise herinde - mit snubberled på det diagram er med værdierne 100nF/47ohm, hvilket jo giver noget af et effekttab, når der er slukket for Triac'en og der så ligger 230Vac over snubberledet.
7,3mA løber der igennem dette og det giver så et effekttab på 1,7W - vel det man kalder for reaktiv effekt ?? - har lige bygget det op og det bliver ikke varmt eller noget, men det tæller vel stadig på elmåleren, eller hvordan er det nu med det

Det er dog endt med værdierne 22nF/47ohm for snubberledet, hvilket vist også er det som langt de fleste applikationsdatablade anbefaler som et General Purpose snubberled - er aldrig blevet særlig klog på hvordan man beregner fornuftige værdier for sådan et snubberled, men gætter ud fra min fornuft, på at jo større kondensator jo bedre fungerer leddet som beskyttelse, men tilgengæld spilder man også mere energi i det ??

Nogen af jer derude der har erfaringer med forkerte dimensionering af snubberled ? - jeg husker at 10nF/47ohm er for lidt til almindelig anvendlige  apparater - der holdt Triac'en ikke længe.

[Kusco]

Snubberledet er til for at Triac'en kan kommutere -altså gå off, det kan nemlig blive et problem for den ved induktive belastninger.

En SSR jeg umiddelbart vil tro dækker dit behov koster omkring 20 - 50 kr.
Er det et problem ?
Så er det vel næppe de offentlige lønningers skyld, snarere uheldig prioritering af sine resurcer.

[harbst]

Der er adskillige relæer som sagtens kan klare den smule strøm

Se bare hvad eksempelvis denne fabrikant har at byde på:

http://www.directindustry.com/prod/ghisalba/contactor-14477-30421.html

Men det går ikke med en lille elektronik ting til printmontage. Den kan bruges til styrestrøm til effektrelæet, som i stærkstrømsteknikken ofte kaldes en kontaktor.

[chrismark]

SuperClaus;

"7,3mA løber der igennem dette og det giver så et effekttab på 1,7W - vel det man kalder for reaktiv effekt ?? - har lige bygget det op og det bliver ikke varmt eller noget, men det tæller vel stadig på elmåleren, eller hvordan er det nu med det  "

Min gamle drejeskive måler kunne ikke se noget under 150 Watt.

Marek.

[harbst]

7,3 mA og 47 Ohm  det giver ca. 2,5 mW  hvilket koster ca 3 ører om året . Det effekttab kan både din privatøkonomi og verdensklimaet nok klare.

Strømmen er ikke reaktiv men kapacitiv, hvis vi skal være nøjeregnende. Nogen kalder den reaktiv alligevel og regner så effekten med fortegn, så man kan sige at du har et forbrug på
 - 1,7 W reaktiv effekt. 
Man kan også sige at kondensatoren genererer reaktiv effekt.

Du må ikke kalde det et tab.

[JMA]

Problemet med store strømme i forbindelse med SMPS skyldes normalt du slukker/tænder tæt på hinanden, så NTC modstanden ikke bliver kold. Jeg bruger et 36A relæ i serie med min PC, og det fungerer.. Elspareskinner har også problem med de brændre fast, så de kan ikke bruges. Desvære er NTC modstanden i udstyret normalt ikke nok, og relæerne kan brænde fast i få tilfælde, hvis en computer tændes umiddelbart efter de er slukket. Elsparefonden har desvære ingen råd på deres hjemmeside omkring det problem. De henviser til korrekt opsætning af computer og udstyr.

En anden løsning, er at sætte en strømbegrænser i serie med dit udstyr. Det kan være en stor varmluftblæser på 2kW, der således begrænser strømmen. Derved oplades lytter mv. mindre hårdt, og derved slides mindre på komponenterne. Strømspidser flades også ud.

For mindre switchmode strømforsyinger, kan man sætte en kondensator i serie med disse, som er så lille som muligt, dog med rimelig margin, til at strømforsyningen fungerer. Ofte er en fordel, at sætte en VDR modstand på, og evt. sikring i serie med, således der ikke opstår overspæning hvis noget induktivt sluttes til (VDR modtanden vil absorbere det - vælg en mindre end den indbyggede i udstyret, så den ikke går). Du får også beskyttet computeren godt mod overspænding. Naturligvis skal bruges en kondensator til 220V - gerne en D-mærket kondensator. Jeg har brugt motorkondensatorer fra 4uF og op. Til mindre forsyninger, er 4uF ofte tilstrækkelig. En typisk lyt i en SMPS er på 50 - 100uF, og er en kondensator på 4uF i serie, vil kapaciteten der ses ind i falde fra 100uF til 4uF. De fleste forsyninger virker, trods et fald på ned til 110V, eller endog lavere, og lever fint med en kondensator først. 4uF kondensatoren virker også som kortslutningssikring, så forsyningen ikke kan få tilført stor effekt, og normalt er energien ikke nok til afbrænding.

Problemet med varmeblæsere, glødelamper, og motorkondensatorer, er at de fylder. Så et kraftigt relæ på mange ampere vi nok foretrækkes. Men du får ikke fordel i at begrænse strømmen/energien, som ved kondensatorer og modstande.

En triack der indkobles ved nulgennemgang er ret robust, men både triacs og FET's har stor spænding over sig, i forhold til et relæ. Triac'en begrænser også strømmen lidt, når den har nulgennemgangsstyring, fordi den indkobler ved 0V. Lytten oplades dermed på 1/100 sekund, men det giver alligevel anledning til et kraftigt strømstød. Heldigvis tåler triacs i kort tid stor strøm, og vil normal kunne indkoble hurtigt og robust. Ulempen er mest spændingen over triac'en.

Spændingen kan måske bringes ned, ved at sætte et relæ over. Når først at triac'en har indkoblet, og kun mindre spænding er over triac'en, vil relæet ikke svejse sammen så nemt, som ved stor spænding.

En triac giver ikke så god adskillese som relæet. Et godt relæ - helst dobbeltpolet - vil ofte være påkrævet for at opnå god beskyttelse. Hvis du har en stikdåse, der afbrydes, vil du altid skulle afbryde både fase og nul, fordi du ikke ved hvilken der er fase og nul. Ellers er det så vidt jeg ved ikke lovligt. En kontakt, i serie med udstyr såsom en lampe, der ikke har nogen stik, vil derimod godt må afbryde for kun den ene leder. De fleste afbryder til at sætte på ledningen, er kun enfaset, og må kun monteres fast på udstyr såsom lamper. Men hvis du ikke skal have det godkendt, og sætter et "lyn på", så er det sikkert iorden, uanset du bruger triacs og enfaset relæ. Sættes lang ledning på fra relæ til udstyr, og måske også ved jordforbindelse, vil HPFI afbryderen ofte falde ud, hvis der ikke anvendes dobbeltpolet afbryder (her dobbeltpolet relæ). Du kan ikke opnå noget lovligt med en triac.