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Solid-State-Relais

Oft möchte man mittels eines Controllers ein externes Gerät, welches am 230V Niederspannungsnetz angeschlossen ist, ansteuern. Am einfachsten geht das natürlich mit einem Relais. Allerdings hat ein normales Leistungsrelais viele Nachteile. Es gibt Schaltfunken, Prellen und die damit verbundenen Probleme, dazu mechanische Abnutzung und einiges mehr. Als Lösung bieten sich sogenannte Solid-State-Relais an. Das sind elektronische Relais mit einem TRIAC als Schaltelement.


Eigenbau Solid-State-Relais

Angesteuert wird dieser TRIAC durch einen speziellen Optokoppler. Dieser Optokoppler besitzt ausgangsseitig ebenfalls einen TRIAC-Ausgang, der das Gate des Leistungs-TRIAC ansteuert. Eingangsseitig ist der Koppler - wie alle Optokoppler - mit einer lichtemittierenden Diode ausgestattet. Als Besonderheit besitzt der hier verwendete Koppler noch einen Nullspannungsschalter. Dieser triggert den TRIAC nur in der Nähe des Nulldurchgangs der Wechselspannung. Störungen durch Phasenanschnitt werden hierdurch vermieden. Die Platine gibt es bei Dirk, DH4YM.

        
         Triggerung des TRIAC im Nulldurchgang der Wechselspannung

Die Triggerung erfolgt bei dem verwendeten Optokoppler bei einem Steuerstrom IF von max. 7mA. Mit dem verwendeten Vorwiderstand von 300 Ohm fließt ein Strom IF von etwa 12 mA. Durch einen anderen Vorwiderstand kann das Relais an andere Spannungen problemlos angepasst werden. Kommerzielle Solid-State-Relais besitzen eingangsseitig eine Konstant-Stromquelle. Darauf habe ich hier verzichtet, da in aller Regel ein Microcontroller zur Ansteuerung verwendet wird.


Schaltung des Solid-State-Relais

Die Schaltung, inkl. TSE-Beschaltung, entspricht dem Schaltungsvorschlag im Datenblatt des Optokopplers MOC3063.

Der verwendete TRIAC hat eine Schaltleistung von 12A. Da hier aber keine Kühlung vorhanden ist, muss die Leistung - je nach Einschaltdauer - reduziert werden. Die maximale Dauerleistung beträgt 2,25A (517W). Kurzzeitig sind natürlich auch höhere Ströme möglich. Die Betriebstemperatur des TRIAC darf bis max. 70°C betragen. Beim Einbau in ein geschlossenes Gehäuse muss die Leistung ebenfalls begrenzt werden.

Temperaturverlauf mit einer Belastung von 2,0A und 2,28A

Dieses Solid-State-Relais ist pinkompatibel zu vielen kommerziellen Relais, wie z.B. dem Halbleiter-Relais RP1A48D5 von Reichelt.

Das im Umgang mit dem 230V Niederspannungsnetz die entsprechenden Regeln und Vorschriften zu beachten sind, wird hier als bekannt voraus gesetzt. Das man auf seine persönliche Sicherheit achten muss, sollte ebenfalls bekannt und selbstverständlich sein.

Für meine Tests und Messungen habe ich einen Trenntrafo vorgeschaltet.

Eine Anwendung mit diesem Relais findet man hier.

Solid-State-Relais