Solid State Relay

Solid state relay

การ ใช้รีเลย์ขับโหลดปกติอาจจะมีปัญหาตามมาหลายๆ อย่าง เช่น การกระชากของไฟรุนแรงเกิดไป ตอบสนองช้า สัญญาณรบกวน ขอแนะนำทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจ คือ Solid State Relay (โซลิต สเตท รีเลย์) แนวคิดสำคัญ คือ ใช้ไทรแอค BTA41600 แทนรีเลย์ ย่อมนุ่มนวลกว่า ทำงานในความเร็วสูงๆ ได้ดี และทนกระแสเช่นเดียวกับรีเลย์ทั่วไป ส่วนไอซี MOC3041 เป็นไอซีควบคุมการทำงานของไทรแอคอีกทีหนึ่ง รับไฟต่ำๆ ก็ควบคุมไฟสูง (ไฟบ้าน) ให้ทำงานได้แล้ว

Solid State Relay หรือเรียกกันอย่างย่อๆว่า SSR นั้นก็คือ สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์นั้นเอง แต่แตกต่างจาก Relay ทั่วไปที่เป็นแบบ electromechanical

       ดังรูปเป็น Electromechanical แบบเก่าคลาคล่ำ

SSR คือรีเลย์ที่ไม่ใช้หน้าสัมผัสที่ ซึ่งใช้เทคโนโลยีของ Semiconductor ทำให้ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ เพื่อลดเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นจากรีเลย์แบบหน้าสัมผัส และเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานระยะยาว

โซลิคสเตตรีเลย์ (Solid state Relay) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้เชื่อมต่อ (Interface) ระหว่างภาคควบคุม(Control) ซึ่งเป็นส่วนวงจรอิเล็กทรอนิกส์ กับวงจรภาคไฟฟ้ากำลัง (Power) โดยที่ภาคทั้งสองจะมีระบบกราวด์ (Ground) ที่แยกออกจากกันทำให้สามารถป้องกันการลัดวงจร (Short circuit) และการรบกวนซึ่งกันและกันได้

โซลิคสเตตรีเลย์ อาจถือได้ว่าเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้แทนอาร์เมเจอร์รีเลย์ (Armature Relay) แต่มีข้อดีกว่าคือ มีขนาดเล็กกว่า มีความไวในการทำงานที่สูงกว่า มีอายุการทำงานนานกว่า เป็นต้น

 องค์ประกอบและวงจรพื้นฐานของโซลิคสเตตรีเลย์

1.1 แบบ Non Zero Crossing Type

รูปที่ 2 องค์ประกอบและวงจรพื้นฐานของโซลิคสเตตรีเลย์ แบบ Non Zero Crossing Type

จากรูปที่ 2 จะเห็นว่า โซลิคสเตตรีเลย์ แบบ Non Zero Crossing Type มีองค์ประกอบที่สำคัญคือ Photo Couple , Main Triac , Snuber circuit การทำงานของวงจรสามารถอธิบายได้จาก กราฟรูปคลื่นสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าที่จุดต่าง ๆ ในวงจรตามรูปที่ 3 ซึ่งกระแสไฟฟ้าและแรงดันที่ตกคร่อมโหลดจะปรากฏทันที ที่สัญญาณควบคุมที่ป้อนเข้าเป็นบวก

 รูปที่ 3 รูปคลื่นสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าแสดงการทำงานของวงจรโซลิคสเตตรีเลย์ แบบ Non Zero Crossing Type

1.2 แบบ Zero Crossing Type

รูปที่ 4 องค์ประกอบและวงจรพื้นฐานของ โซลิคเตตรีเลย์ แบบ Zero Crossing Type

จากรูปที่ 4 จะเห็นว่าโซลิคสเตตรีเลย์แบบนี้ มีองค์ประกอบ ที่สำคัญคือ Photo Couple ที่เป็นแบบ Zero Crossing Circuit , Main Triac และ Snuber circuit

การทำงานของวงจรสามารถอธิบายได้จาก กราฟรูปคลื่นสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าที่จุดต่าง ๆ ในวงจรตามรูปที่ 9 ซึ่งกระแสไฟฟ้าและ แรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมโหลดจะไม่ปรากฏทันที ที่สัญญาณควบคุมที่ป้อนเข้าเป็นบวกแต่จะหน่วงไปจนถึงจุดที่แรงดัน AC power เป็นศูนย์จึงจะให้กระแสไฟฟ้าไหลในวงจรโหลด ( ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Zero Crossing On ) และเมื่อสัญญาณควบคุมที่ป้อนเข้าเป็นศูนย์ก็จะไม่ตัดกระแสไฟฟ้าในวงจรโหลดทันทีแต่ต่จะหน่วงไปจนถึงจุดที่แรงดัน AC power เป็นศูนย์จึงจะตัดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจรโหลด(ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Zero Crossing Off )

รูปที่ 5 รูปคลื่นสัญญาณและแรงดันไฟฟ้าแสดงการทำงานของวงจร Solid State Relay แบบ Zero Crossing Type

หมายเหตุ ข้อแนะนำการใช้งาน

(1) ควรใช้ Heat sink ระบายความร้อนติดตั้งกับ SSR ด้วยทุกครั้งและไม่ควรใช้เกิน 40 % เช่น ถ้าระบุไว้ 40 A. ไม่ควรใช้เกิน 16 A.(40%)

(2) ควรใช้ซิลิโคนเหลวทาระหว่าง Heat Sink และตัว SSR เพื่อระบายความร้อนก่อนยึด SSR กับ Heat Sink

(3) ควรติดตั้งในที่ ๆ มีอากาศถ่ายเทความร้อนได้ดี หรือใช้พัดลมช่วยระบายความร้อน

(4) ถ้าไม่มี Heat Sink ไม่ควรใช้เกิน 10 % ของค่ากระแสสูงสูด

(5) ควรใช้ฟิวส์ที่ทนกระแสได้ไม่เกิน 50 % ของค่าสูงสุด ต่ออนุกรมไว้กับ SSR เช่นถ้า SSR 40 A. ควรใช้ฟิวส์ 20 A. ชนิด FAST BLOW FUSES (ฟิวส์หลอมละลายเร็ว)