Pięć pytań, które musisz sobie zadać zanim zastosujesz przekaźnik półprzewodnikowy

fot. Farnell element14

Zastępowanie starszych komponentów nowoczesnymi, wykonanymi w bardziej modnej, bazującej na półprzewodnikach technologii, jest bardzo kuszące. Na przykład ciężki, nieporęczny zasilacz transformatorowy został odłożony do lamusa stając się czymś w rodzaju relikwii, ponieważ został zastąpiony przez „zgrabny” zasilacz impulsowy o dużej sprawności, mieszczący się w kieszeni koszuli. A co z niewygodnymi, mechanicznymi przyciskami na panelu czołowym? Zastąpiły je sensory dotykowe. O nie, nawet nie zaczynajmy rozmowy na temat żarówek!

A co z przekaźnikami? Czy nadszedł czas na wymianę tych zajmujących sporo miejsca komponentów na mniejsze? Na coś cichszego? Coś bardziej półprzewodnikowego? Być może. Ale tak jak ze wszystkim, to zależy od aplikacji. Oto pięć pytań, które powinieneś sobie zadać zanim wymienisz przekaźniki na półprzewodnikowe.

1. Czy uszkodzenie przekaźnika wpływa na bezpieczeństwo użytkowania urządzenia? 

Przekaźniki elektromechaniczne mają jedną przewagę na półprzewodnikowymi, jeśli oceniać je pod kątem bezpieczeństwa użytkowania: w razie uszkodzenia pozostają otwarte, a przerwa pomiędzy kontaktami uniemożliwia przepływ prądu od źródła do obciążenia. To zabezpiecza przed różnymi „katastrofami”, na przykład, zmywarką zalewającą kuchnię, jak również przed tymi zagrażającymi życiu. Oczywiście, może zdarzyć się, że zestyki przekaźnika zgrzeją się na skutek nadmiernego przepływu prądu, ale to dzieje się rzadko i zwykle na skutek błędu konstruktora urządzenia, a nie wady samego komponentu. Dla odróżnienia, przekaźnik półprzewodnikowy poddany przeciążeniu ma tendencję do zwarcia będącego skutkiem uszkodzenia złącza. W niektórych aplikacjach może to mieć konsekwencje destrukcyjne.

2. Jak dużo będzie cykli przełączania? 

Chociaż staranne opracowanie obwodu i dobór komponentów mogą wydłużyć czas bezawaryjnej pracy przekaźnika elektromechanicznego, to zwykle dla przekaźnika półprzewodnikowego jest on o rząd wielkości dłuższy. Jeśli jest spodziewany milion cykli przełączania, to warto rozważyć zastosowanie komponentu półprzewodnikowego.

3. Jakie są wymagania aplikacji pod względem elektrycznym? 

To pytanie dotyczy wielu zagadnień związanych z aplikacją, jednak gdy zastanawiamy się nad użyciem przekaźników półprzewodnikowych, to przede wszystkim należy rozważyć pewne kluczowe zjawiska występujące w obwodzie. Są to narażenia na: przepięcia, oddziaływanie pola elektromagnetycznego i wyładowania elektrostatyczne. Przekaźniki półprzewodnikowe są komponentami o relatywnie wrażliwej strukturze – przepięcia i wyładowania elektrostatyczne mogą powodować ich przypadkowe zadziałanie. Przekaźniki elektromechaniczne są w pewnym zakresie całkowicie niewrażliwe na te zjawiska, co czyni je popularnym wyborem dla „trudnych” warunków użytkowania.

4. Jak są wymagania aplikacji pod względem fizycznym? 

Przekaźniki elektromechaniczne i półprzewodnikowe mają odmienną wrażliwość na czynniki środowiskowe. Na przykład, niezawodność przekaźników półprzewodnikowych raptownie maleje w wysokiej temperaturze w przeciwieństwie do ich mechanicznego odpowiednika. Ich wrażliwość na temperaturę otoczenia oraz straty mocy w trakcie przewodzenia prądu nie tylko obniżają sprawność, ale również wymagają zainstalowania radiatora i starannego wybrania miejsca montażu przekaźnika. Z tego powodu, stosowanie przekaźników elektromechanicznych jest bardziej efektywne kosztowo. Z drugiej strony, aplikacje narażone na uderzenia oraz wibracje zyskują na stosowaniu przełącznika niemającego części ruchomych, a wymagające miniaturyzacji dzięki mniejszej powierzchni zajmowanej przez przekaźnik półprzewodnikowy.

5. Jakie są wymagania odnośnie czasu przełączania? 

Jeśli dla aplikacji bardzo ważne są krótki czas do zadziałania oraz krótki czas ustalenia, wówczas pożądane może być zastosowanie przekaźnika półprzewodnikowego. Przekaźnik elektromechaniczny potrzebuje ok. 20 ms na załączenie obciążenia, natomiast półprzewodnikowy tylko ułamka tego czasu, a przy tym nie ma zjawiska drgania zestyków występującego w przekaźniku elektromechanicznym. Kolejną wymaganiem wartym rozważenia jest częstotliwość przełączania. Chociaż niektóre przekaźniki elektromechaniczne bardzo sprawnie radzą sobie przy dużej częstotliwości przełączania, to ogólnie rzecz biorąc, przekaźniki półprzewodnikowe lepiej radzą sobie w takich warunkach eksploatacji. Mają one również wiele zalet w aplikacjach wymagających precyzyjnego lub zsynchronizowanego, cichego przełączania.