Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của rơ le bán dẫn

Rơ le bán dẫn là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loại linh kiện này như thế nào? Nếu không phải là một người chuyên tìm hiểu về các linh kiện điện tử máy móc thì khái niệm này khá mơ hồ. Trong bài viết dưới đây chia sẻ các thông tin về rơ le cho bạn đọc tham khảo. Cùng Lâm An theo dõi nhé. 

Rơ le bán dẫn là gì? 

Rơ le bán dẫn hay còn có tên gọi tiếng Anh là Solid State Relay và được viết tắt là SSR. Đây được xem là một loại relay trạng thái rắn được sử dụng khá phổ biến hiện nay. 

Rơ le bán dẫn được xếp vào loại rơ le chuyển mạch, không yêu cầu sử dụng bất kỳ bộ phận cơ khí nào nên mang lại rất nhiều lợi thế về tuổi thọ so với những loại rơ le điện thông thường. Ngoài ra, khi so với rơ le điện cơ thì SSR còn có phần thiết kế theo quy định riêng nên cường độ có phần nhanh hơn. 

Một số ưu điểm nổi bật của rơ le bán dẫn chính là có độ tin cậy cao, tuổi thọ và độ bền cao, không có tia lửa, không tiếp xúc, tốc độ chuyển mạch nhanh và khả năng chống nhiễu cao,… SSR được ứng dụng phổ biến tại các nhà máy nhựa, nhà máy sản xuất bao bì, sản xuất các loại linh kiện điện tử, đồ gia dụng, dùng trong hệ thống lò điện, lò thí nghiệm,…

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le bán dẫn như thế nào?

Để hiểu rõ hơn về linh kiện rơ le bán dẫn sử dụng trong các loại máy móc, cùng tìm hiểu qua cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó nhé. Cụ thể cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le như sau:

Cấu tạo của rơ le bán dẫn 

Rơ le bán dẫn SSR có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính là: bộ triac và diot phát quang. Có thể thấy cấu tạo của rơ le bán dẫn không giống như những rơ le có thêm bộ chuyển động đóng ngắt dòng điện như relay kiếng hay contactor nên chúng khá đơn giản. 

Rơ le bán dẫn SSR được thiết kế giống như một công tắc bật tắt đơn giản với hai đầu là đầu cực nguồn và đầu cực tải. Hai đầu cực này có nhiệm vụ chuyển đối tín hiệu từ bên ngoài chuyển đến rơ le qua một đầu cực khác. Vì vậy, việc chuyển đổi nguồn điện xảy ra rất nhanh và tải được cấp nguồn nhanh chóng. 

Về tín hiệu điều khiển có thể có công suất rất thấp, cho phép rơ le được điều khiển bởi Arduino điển hình. Hơn nữa, rơ le trạng thái rắn còn có nhiều bóng bán dẫn được xếp song song với nhau cho phép các dòng điện cao được đánh giá trong khoảng 100ampe. 

Nguyên lý hoạt động 

Tất cả các loại rơ le bán dẫn trên thị trường hiện nay đa phần đều sẽ có chung 1 nguyên lý hoạt động cơ bản đó là dùng dòng điện nhỏ để điều khiển 1 tải điện lớn hơn rất nhiều. Mặc dù về tín hiệu đầu vào chúng có khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động của các SSR vẫn như nhau, các dòng điện nhỏ này có thể là biến trở, tín hiệu analog, tín hiệu rơ le điều khiển,… 

Sự hoạt động của rơ le bán dẫn dựa trên tính chất bán dẫn của các vật liệu như silic và germani. Khi một điện áp được áp dụng vào vật liệu bán dẫn, điện tử trong vật liệu này sẽ bị đẩy tới vùng dẫn điện, tạo ra một dòng điện. Điều này cho phép bộ chuyển mạch bán dẫn hoạt động, mở hoặc đóng đường dẫn dòng điện, tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển.

Khi tín hiệu điều khiển được áp dụng vào bộ điều khiển, một dòng điện nhỏ sẽ được tạo ra, tác động lên một mạch điện tử bán dẫn trong bộ chuyển mạch. Mạch này có thể được thiết kế để tạo ra một đường dẫn dòng điện liên tục khi tín hiệu điều khiển được áp dụng, hoặc tạo ra một đường dẫn dòng điện ngắn hoặc không đủ để điều khiển thiết bị điện khi tín hiệu điều khiển không có.

Các loại rơ le bán dẫn được sử dụng phổ biến 

Hiện nay, có rất nhiều loại rơ le bán dẫn (SSR) phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ, đèn, máy tính và các thiết bị điện tử khác. Dưới đây là một số loại rơ le bán dẫn phổ biến:

Rơ le bán dẫn Zero-Switching

Được thiết kế để bật tín hiệu điện tại zero-crossing point (điểm gần nhất với 0V) để giảm thiểu các hiện tượng nhiễu. Loại này được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao và giảm thiểu tối đa các tác động đến hệ thống.

Rơ le bán dẫn Instant-ON

Còn được gọi là “Non-Zero Crossing Relay”, loại này không chờ đợi cho tín hiệu điện tại điểm zero-crossing point như Zero-Switching Relay, mà nó có thể bật tín hiệu ngay khi tín hiệu điều khiển được nhận. Điều này có thể dẫn đến nhiễu điện trong các ứng dụng yêu cầu chính xác cao, nhưng lại thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ và độ tin cậy cao.

Rơ le bán dẫn Peak-Switching

Loại này có khả năng chịu được các tín hiệu đầu vào có tần số cao và dãy điện áp cao, thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tần số cao. Rơ le bán dẫn Peak – switching sẽ chuyển mạch rơ le tắt khi điện áp được kiểm soát toàn bộ và lúc này tải có giá trị gần như bằng 0. 

Rơ le bán dẫn Analog-Switching

Loại này được sử dụng để điều khiển các thiết bị ở mức độ độ chính xác cao hơn, chẳng hạn như điều khiển độ sáng của đèn LED hay điều khiển vị trí của các thiết bị cơ khí chính xác. Analog-Switching Relay có thể điều khiển dòng điện với mức độ điều chỉnh chính xác, thông qua các tín hiệu điện áp hoặc dòng điện đầu vào.

Các thông số quan trọng của rơ le bán dẫn SSR cần lưu ý

Các thông số quan trọng của rơ le bán dẫn (SSR) bao gồm:

• Điện áp đầu vào: là điện áp tối thiểu và tối đa mà SSR có thể chấp nhận trên đầu vào.
• Dòng đầu vào: là dòng điện tối thiểu và tối đa cần thiết để SSR hoạt động.
• Điện áp đầu ra: là điện áp tối đa mà SSR có thể xuất ra.
• Dòng đầu ra: là dòng điện tối đa mà SSR có thể xuất ra.
• Tần số hoạt động: là tần số tối đa mà SSR có thể hoạt động.
• Thời gian đáp ứng: là thời gian cần thiết cho SSR để hoạt động sau khi nhận được tín hiệu điều khiển.
• Cách ly đầu vào và đầu ra: là mức độ cách ly giữa đầu vào và đầu ra của SSR để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
• Tuổi thọ: là tuổi thọ trung bình của SSR khi được sử dụng trong các điều kiện bình thường.

Các thông số trên thường được ghi trên nhãn của SSR hoặc được cung cấp trong tài liệu kỹ thuật của sản phẩm. Việc chọn SSR phù hợp với ứng dụng cụ thể cần cân nhắc đến các thông số này để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.

Một số ưu nhược điểm của rơ le bán dẫn 

Bất kỳ sản phẩm thiết bị nào cũng đều có những ưu điểm, nhược điểm nhất định và rơ le bán dẫn cũng vậy. Sau đây là một số ưu điểm, nhược điểm của rơ le bán dẫn mà bạn có thể tham khảo để hiểu rõ hơn về sản phẩm này nhé. 

Ưu điểm của rơ le bán dẫn

Rơ le bán dẫn có những ưu điểm nổi bật như sau:

• Độ tin cậy cao: SSR không có bộ phận cơ học nên không bị hư hỏng do mài mòn hoặc bị gián đoạn trong quá trình hoạt động. Điều này giúp SSR có độ tin cậy cao hơn so với rơ le cơ truyền thống.
• Kích thước nhỏ gọn: SSR thường có kích thước nhỏ gọn hơn so với rơ le cơ truyền thống, giúp tiết kiệm không gian và thuận tiện cho việc lắp đặt.
• Độ chính xác cao: SSR có thể điều khiển dòng điện và điện áp với độ chính xác cao hơn so với rơ le cơ truyền thống.
• Tiết kiệm năng lượng: SSR thường có hiệu suất hoạt động cao hơn so với rơ le cơ truyền thống, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí điện năng.
• Khả năng hoạt động ổn định trong môi trường nhiễu: SSR không bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng nhiễu như rơ le cơ, giúp giảm thiểu các sự cố và tăng độ ổn định trong quá trình hoạt động.

Nhược điểm cả rơ le bán dẫn SSR

Bên cạnh những ưu điểm nêu trên thì SSR cũng có một số nhược điểm như sau:

• Giá thành cao: SSR có giá thành cao hơn so với rơ le cơ truyền thống.
• Khó khăn trong việc kiểm tra và sửa chữa: SSR không có các bộ phận cơ học nên khó khăn trong việc kiểm tra và sửa chữa trong trường hợp sự cố xảy ra.
• Nhiễu điện: SSR có thể tạo ra nhiễu điện do quá trình hoạt động của nó, điều này có thể ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong mạch.
• Hạn chế trong dòng điện và điện áp: SSR có hạn chế về dòng điện và điện áp tối đa mà nó có thể điều khiển, điều này có thể gây ra các vấn đề trong việc áp dụng SSR vào các ứng dụng có yêu cầu dòng điện và điện áp lớn.

Bài viết trên đây đã chia sẻ các thông tin về rơ le bán dẫn cho bạn đọc tham khảo. Mong rằng qua những nội dung đó đã giúp bạn có thêm được những kiến thức hữu ích về SSR rồi nhé.