שימוש ב- Solid State Relays במקביל ו/או בטור?

שאלה שלא אחת עולה בקווי הסיוע הטכני לגבי  solid state relays היא האפשרות של שימוש בממסרים בתצורה מקבילה או טורית, בדרך כלל כדי להגדיל את זרם העומס המרבי ו/או את מתח ההפעלה של המעגל. מאמר זה ינסה לענות על חלק מהשאלות הללו. בכל המעגלים מומלץ להשתמש בממסרים מאותו סוג, כלומר עם אותו מספר חלק, כדי להבטיח מתח ו/או חלוקת זרם נכונים. (ראה תמונה 1).

מתי ניתן להשתמש בממסרי AC SSR בטור או במקביל?

בממסרי AC SSR ניתן להשתמש בטור כדי להגביר את מתח הקו המרבי. השימוש בממסר עם Snubber מועדף להבטחת חלוקת מתח תקינה. לדוגמא, ניתן למקם שני ממסרי D2425 230V בטור להפעלת מערכת של 400V.

יחד עם זאת, זה לא יגדיל את קיבולת העומס; הזרם המרבי של המעגל יישאר עדיין ברמה של 25A עבור D2425 יחיד.

למרבה הצער לא ניתן להציב ממסרי AC במקביל להגברת זרם העומס של המעגל.

לצערנו, לא ניתן להפעיל ממסרי זרם חילופין במקביל כדי להגביר את זרם העומס של המעגל. הממסרים לא יופעלו בו זמנית, ולפיכך כל עומס הזרם יעבור בממסר בודד בעת ההפעלה. היות וממסרי זרם החילופין דורשים שהמתח בחיבורי הפלט יתפקד כראוי, הממסר השני לא יופעל מכיוון שבמצב זה קיימת נפילת מתח בכל העומס, כל שהוא “רואה” כעת זה מצב נפילת המתח בממסר הראשון. הממסר הראשון ימשיך להוליך את העומס המלא עד שייכשל, ובשלב זה יופעל הממסר השני, וגם הוא ייכשל בשלב מסוים עקב זרם-יתר. (ראה תרשים 1).

אין לחבר יציאות AC במקביל.

(ראה תרשים 2)

מתי ניתן להשתמש בממסרי DC SSR במקביל או בטור?

ממסרי זרם ישר הפועלים באמצעות טרנזיסטורים דו קוטביים, אשר בהם משתמשים לרוב במערכות זרם ומתח נמוכים, לא יחוברו במקביל שכן אינם חולקים זרם. כאשר נדרשת הפעלת מתח גבוה יותר, מומלץ להשתמשב DC relays מבוססי MOSFET בעלי טווח מתח רחב יותר. קריידום מציעה סדרת ממסרים כאלה, בעלי טווחי מתח של עד 500VDC.

במקרה של ממסרי הזרם הישר שפועלים על בסיס מיתוג MOSFET ביציאה, המצב שונה למדי, כאן ניתן להשתמש הן בחיבור טורי והן במקבילי לקבלת התוצאות הבאות.

מיתוג עומס AC עם

שני ממסרי DC בטור

ניתן לבצע מיתוג בזרם חילופין באמצעות  DC relays. אף על פי ששיטה זו יקרה בהרבה, היא עשויה לספק יתרונות שהופכים תצורה זו למעשית. יתרונות אלו כוללים פליטת EMI נמוכה יותר הודות לביטול קפיצות מתח חוזרות בעת ההפעלה כאשר מישרי ה-SCR ממותגים בממסרי AC רגילים.

היות והטרנזיסטורים מסוג ה-MOSFET פועלים לשני הכיוונים, ישנם שישאלו מאין הצורך בשני ממסרים. זאת משום התופעה המובנית של “דיודת הגוף” המוכרת בטרנזיסטורים מסוג זה. דיודה זו תוליך את מחצית המחזור המקביל של גל הסינוס (תלוי בקוטביות) ולכן יש צורך בממסר נוסף כדי לחסום נתיב זה במצב כבוי.

אפשרות נוספת שתצורה זו מאפשרת היא שליטת פאזה מלאה בגל סינוס שמאפשרת הפעלה וכיבוי בכל נקודה בגל. במקרה של ממסר SCR AC סטנדרטי ניתן להפעיל את הממסר בכל נקודה על גל הסינוס אך הוא תמיד ייכבה רק לאחר שהגל עובר את האפס. היות וגלי המתח והזרם אינם בפאזה במעגלים השראתיים או קיבוליים, שיטת שליטה זו מומלצת רק עבור עומסי התנגדות. (ראה תרשים 3).

DC relays בטור לצורך מיתוג זרם ישר דו-כיווני

ביישומים מסוימים נדרש מעגל DC דו-כיווני ובמקרה זה יידרשו שני ממסרים בטור שכן, במצב כבוי, ממסר אחד יידרש תמיד לחסום את ההולכה של דיודת הגוף של האחר.

זה דומה למיתוג זרם החילופין ולכן ייעשה שימוש באותו תרשים החיווט (3).

כאן יש להבטיח ששני הממסרים ממותגים יחד כדי למזער את פיזור ההספק.

אם מופעל רק ממסר אחד (שמתאים לכיוון הזרם הנדרש) הזרם יעבור דרך ה-MOSFET של הממסר הממותג ודיודת הגוף של הממסר השני. זה כשלעצמו אינו מהווה בעיה שכן דיודת הגוף מתאפיינת באותה קיבולת זרם כמו הממסר עצמו, אם כי הצניחה במתח תהיה גבוהה יותר ותגרום לפיזור הספק רב יותר.

DC relays בטור להגברת מתח הקו המרבי

ניתן להשתמש באותה תצורה כמו בתרשים 3 עם עומס DC כדי להגביר את מתח הקו המרבי של המעגל. כמובן שכאן הקוטביות הנכונה חייבת להישמר מפני שחיבור שגוי יוביל להולכה בדיודת הגוף במצב כבוי.

הצבת 2 ממסרים בטור תכפיל למעשה את מתח הקו המרבי האפשרי. ישנו כמובן החיסרון כאשר פיזור החום מוכפל עקב כך שהזרם העובר בכל הממסרים זהה, עד כדי הצורך בגוף קירור גדול בהרבה. (ראה תרשים 4).

ממסרי DC relays במקביל להגברת הזרם המרבי

השימוש הנפוץ ביותר ככל הנראה במספר ממסרי MOSFET במעגל יחיד הוא החיבור המקביל שמטרתו הגדלת קיבולת מיתוג הזרם המרבית. בתצורה זו הזרם המרבי של המעגל הינו כפול מהזרם בממסר בודד. ולמרות זאת ישנה הגבלה של מספר הממסרים בהם ניתן להשתמש במקביל. זרם הנחשול של המעגל לא יעלה על דירוג זרם הנחשול של ממסר בודד. ניתן למצוא דירוג זה בגיליון הנתונים. (ראה תרשים 5).

DC relays כגשר  H-Bridge

ממסרי זרם ישר משמשים גם לעתים קרובות מאוד בתצורת גשר – H-bridge לשליטה בכיוון הפעלת מנוע DC.

להלן נעשה שימוש ב-4 ממסרי זרם ישר, שניים בטור ושניים במקביל, לשינוי כיוון הזרם העובר במנוע.

במעגל זה הממסרים Q1 ו-Q4 יגרמו להפעלת המנוע בכיוון אחד והממסרים Q3 ו Q2 יפעילו אותו בכיוון האחר.

כאן יש לבדוק בוודאות שבכל רגע נתון מופעלים רק הממסרים Q4 ו-Q1 או Q3 ו-Q2. אם מצב זה לא נשלל באמצעות מעגל נעילה כלשהו, תיווצר סכנת קצר ישיר. זה עלול להוביל, במקרה הטוב, לשריפת הנתיך במעגל, עם סבירות טובה למדיי של הרס הממסרים. (ראה תרשים 6).

רונן תעיזי מנהל קו מוצרים בחברת מגוון