SSR – Solid State Relay, hay còn gọi là rơ-le bán dẫn, rơ-le trạng thái rắn, là một giải pháp thay thế hiệu quả cho công tắc cơ học truyền thống khi cần điều khiển mạch điện. SSR được kích hoạt bằng điện áp tác động lên bộ phận điều khiển, và không có bộ phận chuyển động cơ học, giúp thiết bị hoạt động nhanh chóng, bền bỉ và an toàn hơn so với các công tắc cổ điển. Bài viết dưới đây sẽ cung cấp thêm thông tin chi tiết về SSR và nguyên lý hoạt động của nó.

SSR là gì?

SSR (Solid State Relay) là một thiết bị dùng để chuyển mạch và điều khiển dòng điện mà không cần bất kỳ bộ phận cơ khí nào như trong relay truyền thống. Nhờ vào đặc điểm này, SSR mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với relay cơ học. Không có chuyển động vật lý, SSR có độ tin cậy cao, không gây tiếng ồn, không phát sinh tia lửa và có tuổi thọ lâu dài hơn relay cơ. Bên cạnh đó, SSR còn có tốc độ chuyển mạch nhanh, khả năng chống nhiễu mạnh và kích thước nhỏ gọn.

SSR thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển, bảo vệ và giám sát dòng điện. Các ứng dụng phổ biến bao gồm điều khiển nhiệt độ, điều khiển động cơ, chiếu sáng và nhiều hệ thống điều khiển công nghiệp, cũng như các thiết bị điện tử khác.

Với sự phát triển của công nghệ điện tử, SSR đã trở thành giải pháp hiệu quả và đáng tin cậy cho việc điều khiển dòng điện. Sự kết hợp giữa các linh kiện bán dẫn và khả năng điều khiển chính xác dòng điện đã biến SSR thành một công cụ không thể thiếu trong các ứng dụng điện tử và công nghiệp hiện đại.

Cấu tạo của SSR

Rơ le bán dẫn SSR có cấu tạo đơn giản, chủ yếu bao gồm các đi-ốt phát quang (LED) và bộ triac. Khác với các rơ le cơ học truyền thống, không có bộ phận chuyển động đóng ngắt dòng điện, SSR hoạt động bằng cách chuyển mạch điện thông qua các linh kiện bán dẫn. Điều này mang lại nhiều ưu điểm về độ bền, tốc độ chuyển mạch nhanh và tuổi thọ dài hơn so với các relay cơ.

SSR Relay được thiết kế như một công tắc bật tắt đơn giản, bao gồm hai cực: cực nguồn và cực tải. Nhiệm vụ của SSR là chuyển mạch khi tín hiệu điều khiển từ một đầu cực khác được truyền vào. Khi tín hiệu điều khiển tác động, SSR sẽ thực hiện chuyển mạch nhanh chóng và cung cấp nguồn cho tải. SSR có thể hoạt động trong cả mạch AC và DC, tuy nhiên, cấu hình bên trong cần được điều chỉnh cho phù hợp với từng loại.

Relay DC, chẳng hạn, có thể hoạt động với một MOSFET duy nhất, với nguồn và cổng được kết nối vào nguồn và tải của mạch chính, còn tín hiệu điều khiển được nối vào cổng. Điều này cho phép tín hiệu điều khiển có công suất rất thấp (ví dụ như từ một Arduino) có thể điều khiển các mạch tải lớn mà không gây ra sự tiêu hao năng lượng lớn.

Rơ le trạng thái rắn SSR có thể có nhiều bóng bán dẫn xếp song song, giúp tăng khả năng chịu dòng điện cao, có thể lên tới 100 ampe, tùy thuộc vào ứng dụng.

Nguyên lý hoạt động của SSR

Mặc dù các SSR có thể sử dụng các tín hiệu đầu vào khác nhau, nhưng tất cả chúng đều hoạt động theo nguyên lý chung: Dùng một dòng điện nhỏ để điều khiển dòng điện tải lớn hơn rất nhiều. Các dòng điện nhỏ này có thể đến từ các biến trở, tín hiệu analog (4-20mA, 0-10V) hoặc tín hiệu relay từ bộ điều khiển.

Các thành phần chính của SSR bao gồm:

• Input Control Circuit (Mạch điều khiển đầu vào): Phần này nhận tín hiệu điều khiển từ mạch điện hoặc vi điều khiển. Thông thường, mạch điều khiển sử dụng điện trở và đi-ốt để điều khiển thành phần bán dẫn bên trong SSR.
• Optoisolator (Bộ cách ly quang): Đây là linh kiện quan trọng trong SSR, giúp cách ly hoàn toàn tín hiệu điều khiển từ mạch nguồn và mạch công suất. Optoisolator gồm một đèn LED và một fototriac hoặc fototransistor. Khi tín hiệu điều khiển phát ra ánh sáng từ LED, nó kích hoạt fototriac hoặc fototransistor để chuyển mạch dòng điện trong mạch công suất.
• Output Power Circuit (Mạch công suất đầu ra): Phần này điều khiển dòng điện trong mạch công suất. Mạch công suất sử dụng các thành phần bán dẫn như thyristor (SCR) hoặc triac để chuyển mạch dòng điện. Khi tín hiệu điều khiển từ optoisolator được kích hoạt, thyristor hoặc triac sẽ mở hoặc đóng, kiểm soát dòng điện trong mạch tải.
• Heat Sink (Tản nhiệt): Để đảm bảo SSR hoạt động ổn định và an toàn, chúng thường được trang bị một bộ tản nhiệt (heat sink). Heat sink giúp giảm nhiệt độ và nguy cơ quá nhiệt, giúp SSR duy trì hiệu suất lâu dài.

Cấu trúc và thiết kế của SSR có thể thay đổi tùy vào nhà sản xuất và mục đích sử dụng. Một số SSR có thêm các tính năng bảo vệ mạch như bảo vệ quá tải điện áp, cách ly điện và điều chỉnh điện áp đầu vào. Dù vậy, SSR luôn là một giải pháp an toàn, chính xác và không gây tiếng ồn trong các ứng dụng điện tử và công nghiệp, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả vượt trội so với các relay cơ học truyền thống.

Hướng dẫn sử dụng relay bán dẫn SSR

Khi sử dụng relay bán dẫn SSR , một điều khác với các loại relay thông thường là nó không xảy ra hiện tượng tia lửa tóe ra, không gây ra tiếng ồn và gây nhiễu. Bên cạnh đó SSR có thời hạn sử dụng lâu dài và độ bền cao. Relay bán dẫn còn có khả năng chống mòn, có thể điều khiển được điện áp, kích thước nhỏ gọn nên dễ đóng gói và vận chuyển. Vì thế hiện nay relay bán dẫn được sử dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất cần một công suất tiêu thụ lớn ví dụ như sản xuất các linh kiện điện tử, đồ gia dụng, bao bì… dùng để gia nhiệt nhà máy nhựa, hạt nhựa, hệ thống lò điện lò nung nấu, lò thí nghiệm…

Tuy nhiên trong quá trình sử dụng nếu phải làm việc ở công suất lớn thì thiết bị SSR có thể bị quá nhiệt. Điều này đòi hỏi người sử dụng phải có các kiến thức, hiểu biết sâu về các thiết bị điện tử. Vì có nhiều lúc gây lạc tín hiệu và có thể dẫn đến chập cháy điện.

Phân loại SSR

Zero-Switching Relays

Relay quay về hoạt động tối thiểu khi điều khiển điện áp được áp dụng. Bên cạnh đó điện áp của tải là gần bằng không. Khi điện áp kiểm soát được lấy ra thì Zero – Chuyển đổi rơle sẽ tắt tải và dòng điện trong tải là gần như bằng không. Zero-chuyển mạch relay là loại relay được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

Instant ON Relays

Là thiết bị chuyển mạch ngay khi nhận tín hiệu ON rơ le cho phép tải được bật hoặc tắt tại bất kỳ điểm nào. Độ trễ này thường nằm trong khoảng ms (mili giây)

Peak Switching Relays

Turns ON tải khi điện áp điều khiển là dòng và điện áp của tải với một tốc độ cao đỉnh điểm. Và chúng sẽ chuyển mạch rơ le TẮT khi điện áp kiểm soát được lấy ra và hiện tại tải là gần như bằng không

Analog Switching Relays

Có một số lượng vô hạn của điện áp đầu ra có thể trong các relay phạm vi đánh giá Analog relay chuyển đổi đã được xây dựng trong đồng bộ hóa mạch điều khiển lượng điện áp đầu ra. Nó như là một chức năng của điện áp đầu vào này cho phép một chức năng Ramp-Up của thời gian để có thể được vào tải. Khi điện áp kiểm soát được lấy ra thì Analog rơ le sẽ chuyển mạch TẮT và hiện tại tải là gần bằng 0.

Các thông số kỹ thuật quan trọng cần lưu ý khi sử dụng thiết bị SSR Relay bán dẫn

– Dòng điện điều khiển: Nếu cấp một dòng điện quá lớn. Điều đó có thể làm cho relay bị chết. Còn nếu cấp dòng quá nhỏ thì relay có thể sẽ không hoạt động được. Vì sử dụng LED hồng ngoại nên chúng ta cần lưu ý một điều là dùng điện áp quá mức có thể gây chết LED trong relay bán dẫn. Bạn có thể mắc thêm trở hạn dòng để hạn chế điều này xảy ra.
– Dòng chịu tải đầu ra: Đây là một thông số quan trọng bạn cần lưu ý khi sử dụng relay bán dẫn. Cần biết được dòng chịu tải ra như nào để từ đó có thể mắc vào dòng điện nào cho hợp lí. Nếu không tìm hiểu kỹ sẽ làm chết rơ le.
– Hiệu điện thế ở đầu ra: Nếu hiệu điện thế quá nhỏ mà mắc vào những tải có hiệu điện thế lớn hơn nó rất nhiều thì sẽ dẫn đến relay sẽ bị hư hỏng.

Ngoài các thông số kỹ thuật trên thì một số thông số bạn nên lưu ý nữa là:

+ Điện áp kích
+ Điện áp đóng ngắt tải AC mắc nối tiếp
+ Dòng tải
+ Kích thước
+ Dòng điện input
+ Điện áp output
+ Bảo vệ mạch ở nhiệt độ nào?
+ Nhiệt độ hoạt động rộng là bao nhiêu?

Ưu, nhược điểm của SSR

Ưu điểm của SSR

– Không có hiện tượng tia lửa, không gây nhiễu và tiếng ồn như nhiều loại relay truyền thống
– Độ bền và tuổi thọ cao.
– Dòng điều khiển thấp nhưng chúng có thể điều khiển được điện áp cao
– Kích thước nhỏ gọn, thuận tiện cho việc đóng gói và vận chuyển

Nhược điểm

– Khi làm việc ở công suất lớn thì SSR cần được tản nhiệt.
– Người sử dụng cần có hiểu biết và kiến thức về điện tử chuyên sâu
– Nhiều khi có thể gây méo tín hiệu
– Có thể xảy ra hiện tượng dò điện và chết chập

Ứng dụng của Rơ le bán dẫn

Như trên chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về SSR là gì? Những ưu, nhược điểm của SSR là gì? Vậy ứng dụng của SSR là gì? Dưới đây là ứng dụng của SSR mà chúng tôi muốn chia sẻ tới bạn đọc:

– Dùng để gia nhiệt nhà máy nhựa, bao bì nhựa, hạt nhựa;
– Gia nhiệt hệ thống lò điện, lò nung nấu, lò thí nghiệm, lò hơi điện…
– Sử dụng trong nhà máy sản xuất linh kiện điện tử, đồ gia dụng…

Sự khác nhau giữa SSR và Relay điện từ SCR

So với SSR thì Relay điện từ sẽ có giá thành thấp hơn, dễ dàng sử dụng hơn và cho phép chuyển đổi một mạch nạp điều khiển bởi một điện năng thấp. Tuy nhiên thì nhược điểm của Relay điện từ là có tốc độ xử lý chậm, phòng hồ quang gây nhiễu và sẽ gây ra tiếng ồn lớn khi sử dụng lâu dài.

SSR là sự thay thế cho SCR ở thời điểm hiện tại, chúng có thể khắc phục được tốt được những nhược điểm và những hạn chế của SCR. Việc tách điện giữa 2 tín hiệu điều khiển đầu vào và điện áp tải đầu ra sẽ được thực hiện bởi sự trợ giúp của một loại cảm biến ánh sáng là Coupler.

SSR hay relay điện tử đều có ưu điểm chúng là mức độ tin cậy cao khi sử dụng, giảm nhiễu điện từ (EMI), không phóng điện hồ quang và từ trường, thời gian phản ứng sẽ nhanh hơn so với SCR. Tuy nhiên thì so với SCR thì SSR sẽ sinh nhiệt và tuổi thọ sẽ ngắn hơn.

Trên đây là toàn bộ thông tin về SSR; những ưu điểm, nhược điểm của SSR và những ứng dụng phổ biến hiện nay của SSR mà Semitech muốn chia sẻ tới bạn đọc. Hy vọng thông qua bài viết giúp bạn đọc hiểu thêm về SSR là gì. Nếu bạn có nhu cầu mua các sản phẩm thiết bị điện hãy liên hệ đến Semitech SĐT 0919 944 885 , chúng tôi chuyên cung cấp các sản phẩm thiết bị điện, linh kiện bán dẫn chính hãng với những thương hiệu uy tín để bạn có thể lựa chọn với nhiều giá cả khác nhau