SOLID STATE RELAY

SOLID STATE RELAY

1. PENGERTIAN SOLID STATE RELAY

Sebuah solid state relay (SSR) adalah saklar elektronik, yang tidak seperti

sebuah relay elektromekanis tidak berisi bagian yang bergerak.

Jenis SSR adalah foto-coupled SSR, transformer-coupled SSR, dan hibrida SSR

Sebuah foto-digabungkan SSR dan dikontrol oleh sinyal tegangan rendah yang

terisolasi secara optik dari beban. Sinyal kontrol dalam foto yang biasanya

digabungkan dengan SSR energi adalah sebuah LED yang mengaktifkan sebuah

foto-dioda sensitif. Dioda berputar pada back-to-back thyristor, silikon penyearah

terkendali, atau MOSFET transistor untuk mengaktifkan beban.

Gambar Solid State Relay

SSR Ditetapkan sebagaimana kontrol ON-OFF di mana arus beban

dilakukan oleh satu atau lebih semikonduktor - misalnya, sebuah transistor daya,

sebuah SCR, atau TRIAC. SCR dan TRIAC sering disebut “thyristors sebuah

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 1

SOLID STATE RELAY

istilah yang diperoleh dengan menggabungkan thyratron dan transistor, karena

dipicu thyristor semikonduktor switch“.

Pada relay umumnya, SSR relatif rendah membutuhkan kontrol - sirkuit

energi untuk beralih keadaan menjadi keluaran dari OFF ke AKTIF, atau

sebaliknya Karena energi kontrol ini sangat jauh lebih rendah daripada daya

keluaran yang dikendalikan oleh relay pada beban penuh, "power gain" dalam

SSR adalah substansial - sering banyak lebih tinggi daripada di estafet

elektromagnetik yang sebanding. Dengan kata lain, sensitivitas dari SSR

seringkali jauh lebih tinggi daripada sebuah EMR dari output yang sebanding

rating.

Tegangan yang diberikan pada garis kontrol menyebabkan suatu SSR

LED bersinar pada foto-dioda sensitif. Hal ini menghasilkan tegangan antara

sumber dan gerbang MOSFET, menyebabkan MOSFET dihidupkan. Sebuah SSR

didasarkan pada satu MOSFET, atau beberapa MOSFET dalam array paralel

bekerja dengan baik untuk beban DC.

Ada dioda substrat yang melekat dalam semua MOSFET yang melakukan

dalam arah sebaliknya. Ini berarti bahwa satu MOSFET tidak dapat memblokir

arus dalam dua arah. Untuk AC (bi-directional) operasi, dua MOSFET disusun

kembali untuk kembali dengan sumber mereka pin diikat bersama-sama. Pin

menguras mereka terhubung ke kedua sisi output. Dioda substrat kemudian secara

bergantian bias balik dalam rangka untuk memblokir arus ketika relay tidak aktif.

Ketika relay aktif, sumber umum selalu naik di tingkat sinyal seketika dan kedua

gerbang yang bias positif relatif terhadap sumber oleh foto-dioda.

Hal ini umum untuk menyediakan akses ke sumber yang sama sehingga

beberapa MOSFET dapat ditransfer secara paralel jika switching DC beban. Ada

juga umumnya beberapa sirkuit untuk melaksanakan gerbang bila LED dimatikan,

mempercepat giliran relay-off.

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 2

SOLID STATE RELAY

Solid State Relay (SSR) mampu melakukan banyak tugas yang sama

sebagai relay elektromekanis (EMR). Perbedaan utama adalah bahwa SSR tidak

memiliki bagian mekanik yang bergerak didalamnya. Pada dasarnya, ini adalah

perangkat elektronik yang bergantung pada listrik, magnetik, dan optic semi

konduktor dan sifat komponen listrik untuk mencapai isolasi dan fungsi switching

Relay.

2. JENIS-JENIS SSR

Hal ini memudahkan untuk mengelompokkan SSR oleh sifat rangkaian

input, dengan referensi khusus kepada sarana yang terisolasi input-output akan

tercapai. Tiga kategori utama:

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 3

SOLID STATE RELAY

Reed-Relay-Coupled SSR's di mana sinyal kontrol diterapkan (secara

langsung, atau melalui Preamplifier) ke kumparan relay yang buluh.

Penutupan buluh lalu mengaktifkan sirkuit yang tepat dengan saklar

memicu thyristor. Jelas, input-output isolasi dicapai adalah bahwa dari

buluh relay, yang biasanya sangat baik.

Transformer-Coupled SSR's di mana sinyal kontrol diterapkan (melalui

DC-AC converter, jika sudah DC, atau secara langsung, jika itu AC) ke

domain utama trafo berdaya rendah, dan sekunder yang dihasilkan dari

eksitasi primer yang digunakan (dengan atau tanpa rektifikasi, amplifikasi,

atau lainnya modifikasi) untuk memicu thyristor saklar. Dalam jenis ini,

tingkat isolasi input-output tergantung pada desain transformator.

Foto-digabungkan SSR's di mana sinyal kontrol diterapkan pada sebuah

sumber cahaya atau inframerah (biasanya, sebuah dioda pemancar cahaya

atau LED), dan dari sumber yang terdeteksi dalam foto - sensitive semi-

conductor (misalnya, sebuah dioda fotosensitif, sebuah foto-sensitif

transistor, atau foto-sensitif thyristor). Output dari foto-perangkat sensitif

kemudian digunakan untuk memicu (gerbang) yang TRIAC atau SCR itu

aktifkan arus beban. Jelas, satu-satunya yang signifikan "coupling path"

antara input dan output adalah cahaya atau sinar infra - radiasi merah, dan

isolasi listrik yang sangat baik. “optically coupled” or SSR yang juga

disebut sebagai "optikal yang digabungkan" atau Foto terisolasi.

Selain jenis utama SSR yang dijelaskan di atas, ada beberapa tujuan khusus

desain yang harus disebutkan:

Direct-kontrol jenis AC di mana eksternal jenis AC ini beroperasi di

sirkuit energi yang sama seperti yang digunakan untuk rangkaian

beban, memicu TRIAC (atau back-to-back-terhubung SCR's). Tipe ini

juga memiliki input "saklar penutup". Jenis relay, secara inheren lebih

murah dibandingkan desain yang lebih canggih, dan memiliki kerugian

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 4

SOLID STATE RELAY

besar (untuk kebanyakan aplikasi) tidak memiliki isolasi antara

rangkaian kontrol dan beban.

Direct-kontrol jenis DC di mana eksternal beroperasi di sirkuit yang

sama energi dengan Daya DC baris seperti yang digunakan untuk

rangkaian beban yang mengontrol konduksi transistor. Jenis relay,

yang mungkin paling sederhana dari semua, dan inheren yang paling

mahal, juga memiliki kelemahan besar (untuk sebagian aplikasi) tidak

memiliki isolasi antara kontrol dan beban sirkuit.

Jenis SCR dirancang untuk DC, di mana beban-arus membawa SCR

dan dibuat untuk menonaktifkan dengan cara kedua SCR, terhubung

dalam "commutating sirkuit" (seperti yang mampu mematikan SCR

pertama untuk mengurangi arus ke nol. Desain menggunakan cara

mengisolasi khusus, seperti efek Hall di mana gerakan magnet

eksternal, tetapi dalam kedekatan menyebabkan perubahan tahanan di

sebuah ladang-materi sensitif, demikian memicu perilaku on-off. di

mana sinyal eksternal menggeser frekuensi dari osilator, sehingga

menyebabkan resonan digabungkan untuk memicu perilaku on-off.

saturable reaktor atau penguat magnet, di mana DC kontrol arus dalam

satu kontrol berkelok-kelok induksi tegangan (dari sumber AC) dalam

gulungan lain. Tegangan induksi kemudian digunakan untuk memicu

perilaku on-off. SSR Aman untuk mengatakan bahwa lebih dari 95%

dari semua SSR persyaratan yang terbaik dipenuhi oleh salah satu dari

tiga besar. jenis dijelaskan sebelumnya.

Input Circuit Kinerja. Terisolasi Kepekaan SSR (yaitu, kontrol

minimum tegangan dan arus yang menyala) tergantung pada karakteristik yang

mengisolasi komponen atau rangkaian:

• Dalam hibrida (reed-relay terisolasi) desain, SSR's dengan kepekaan yang

dibentuk oleh kekuatan-operasi persyaratan relai buluh, yang berkisar antara 40

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 5

SOLID STATE RELAY

milliwatts (misalnya, 5 volt dc di 8 mA) sampai setinggi mungkin beberapa ratus

milliwatts. Perhatikan bahwa tegangan rendah, berdaya rendah desain yang

kompatibel dengan standar-digital komputer "tingkat logika," dan bahwa standar

"high-fan - out” atau "tingkat logika TTL output dari komputer atau digital

pengendali digital bisa mengemudi dua atau lebih hibrida SSR dalam paralel.

• Dalam transformer-coupled SSR's, kepekaan biasanya jauh lebih tinggi dari jenis

hibrida karena semua sinyal input harus dilakukan adalah gerbang di AC-DC

converter (lihat gambar 2) yang menggerakkan transformer, dan yang

memerlukan, biasanya, kurang dari 10 milliwatts (misalnya, 4,5 v dc di 2 mA) dan

jarang lebih dari 50 milliwatts. Sensitivitas ini lebih baik dari yang dibutuhkan

oleh satu-TTL output digital, dan yang tinggi-fan-out output bisa berkendara 3-10

SSR seperti itu secara paralel.

• Optik SSR's, sensitivitas berkisar dari sekitar 6 milliwatts (misalnya, 3 volt dc di

2 mA) hingga 100 milliwatts. Menggunakan resistor seri yang sesuai atau arus

regulator, jenis rangkaian input juga kompatibel dengan Logika TTL tingkat, dan

beberapa optis digabungkan SSR dapat digerakkan secara paralel oleh tinggi-fan-

keluar jalur logika.

• Kepekaan paling "pengendalian langsung" SSR secara signifikan lebih rendah

daripada yang terisolasi desain, tetapi kenyataannya adalah begitu penting karena

mengendalikan daya yang diperlukan hampir selalu baik di dalam kapabilitas,

bahkan kemampuan kontrol terkecil kontak. Maksimum tingkat turn-off (tegangan

dan / atau arus) dari SSR adalah sekitar 50% dari tingkat minimum di mana

ternyata Karakteristik ini memberikan margin yang memadai dengan keselamatan

antara OFF ON , sehingga menghilangkan perilaku yang tidak menentu akibat

perubahan kecil sinyal kontrol. Dalam banyak SSR desain, kontrol-voltage range

jauh lebih besar daripada yang tersirat oleh minimum turn-on tegangan.Dalam

desain dioptimalkan untuk lebar kisaran tegangan input, tidak biasa untuk SSR

akan diberi nilai untuk digunakan selama lebih dari 6-ke-1 rentang kontrol

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 6

SOLID STATE RELAY

tegangan (misalnya, 3.0 V menjadi 32 V). hibrida desain, kumparan relay dari

buluh mungkin luka untuk hampir semua tegangan kontrol yang berguna, dari

serendah 3 volt nominal, untuk 50 volt, atau bahkan lebih tinggi, namun kisaran

input tegangan ditoleransi oleh SSR hibrida dibatasi oleh disipasi dalam

kumparan relay. Umumnya, kisaran 1,5-1 adalah diterima. Di sisi lain,

perlawanan seri, atau "Konstan-current" rangkaian input aktif, dapat digunakan

untuk mengakomodasi hibrida relay tegangan input yang lebih tinggi.

Karakteristik input. Di luar pertimbangan sensitivitas karakteristik

(halaman Z-120), kita harus juga menggambarkan isolasi input-rangkaian sifat-

sifat suatu SSR, yang membutuhkan pertimbangan dari berbagai parameter,

termasuk:

• Dielektrik kekuatan, dinilai dalam hal minimum tegangan rusaknya dari

rangkaian kontrol baik kepada SSR kasus dan output (beban) rangkaian. Tipikal

rating adalah 1500 volt ac (RMS), baik untuk kontrol output.

• Insulation Resistance, dari rangkaian kontrol untuk kedua kasus dan output

rangkaian. Rentang pemberian peringkat Khas dari 10 megohms menjadi 100.000

megohms untuk transformator dan desain hibrida. Untuk optik terisolasi SSR,

tipikal kisaran resistensi isolasi dari 1000 megohms sampai 1 juta megohms.

• Stray Kapasitansi dari rangkaian kontrol untuk kedua kasus dan output

rangkaian. Kapasitansi ke kasus jarang signifikan, tetapi kapasitansi ke rangkaian

output mungkin control pasangan ac dan transien kembali ke kontrol sensitif

sirkuit, dan bahkan lebih jauh lagi, ke-sinyal kontrol sumber. Untungnya, di SSR

dirancang dengan baik itu, ini kapasitansi jarang cukup besar untuk menyebabkan

interaksi. Kapasitansi tipikal berkisar dari 1 sampai 10 picofarad. Kecepatan

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 7

SOLID STATE RELAY

respon dari SSR untuk penerapan kontrol tegangan akan dijelaskan nanti pada

bagian ini.

Output Circuit Performance. Jelas, yang paling signifikan parameter

maksimum load-rangkaian tegangan yang mungkin terkesan di relay output di

dalam kondisi MATI tanpa menyebabkan itu terurai menjadi konduksi atau

kegagalan, dan arus maksimum yang dapat mengalir melalui output sirkuit dan

beban dalam kondisi ON.

Perhatikan bahwa parameter tersebut adalah (setidaknya pada pandangan

pertama) dengan tegangan dan arus biasa pemberian peringkat dari kontak pada

relay elektro-magnetik. Namun, perbedaan antara peringkat dan keluaran EMR

SSR output pemberian peringkat - perbedaan yang akan dibahas dalam perincian

sebagai hasil eksposisi ini. Dalam pendekatan yang paling umum, orang dapat

mengatakan bahwa "Kontak peringkat" dari sebuah SSR ditentukan hampir

sepenuhnya oleh karakteristik dari beban-current perangkat switching. Mungkin

fakta ini adalah yang paling jelas dari pemeriksaan yang paling sederhana ac jenis

SSR - sebuah kontrol langsung (non-terisolasi) desain, dengan rangkaian setara

baik untuk ON dan OFF . Dalam ON yang menampilkan TRIAC drop tegangan

hampir konstan (yaitu, hampir independen terhadap arus beban) kira-kira sama

dengan dua silicon. dioda - kurang dari 2 volt. Bagian dari arus beban melalui ini

menyebabkan jatuh tegangan disipasi daya

Dan kekuatan ini akan menyebabkan kenaikan suhu di persimpangan

TRIAC. Jika benar "panas - sinking” disediakan yaitu, konduksi termal dari

TRIAC kasus ke udara luar atau ke panas konduktif struktur logam yang pada

gilirannya dapat menghilangkan kekuatan untuk udara sekitarnya tanpa kenaikan

suhu yang signifikan -- maka suhu TRIAC tidak akan bangkit di atas nilai

maksimum untuk memastikan keandalan pengoperasian (biasanya, 100 ° C).

Nilai arus yang SSR dapat tentukan, bukan oleh kekuatan hawa nafsu, tetapi oleh

nilai sekarang dari TRIAC. ketika TRIAC dinonaktifkan, jumlah yang sangat

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 8

SOLID STATE RELAY

kecil dari kebocoran arus dapat mengalir. Lintasan arus ini, yang diwakili oleh

sebuah perlawanan dalam rangkaian setara, sebenarnya merupakan fungsi non-

linear dari beban-rangkaian tegangan.

TRIAC adalah untuk menentukan nilai maksimum terburuk untuk

keadaan OFF kebocoran" dan nilai tipikal adalah 0,001 A max. Untuk 5-ampere

beban-nilai sekarang. Beban sirkuit tegangan hanya yang ditentukan oleh blocking

rating tegangan thyristor. Rangkaian output-peringkat yang lebih umum terisolasi

SSR sebagian besar yang dirancang untuk mengontrol beban ac sirkuit, yang

sangat mirip dengan yang dijelaskan di atas, kecuali bahwa OFF---- biasanya

lebih tinggi pada urutan dari 5 mA pada 140 V untuk sebuah 5-perangkat ampere

kira-kira satu per seribu dari nilai arus beban. Bentuk gelombang dalam

rangkaian beban, untuk kedua OFF dan ON . Tegangan kurva tertarik pada skala

yang lebih luas dibandingkan dengan OFF dan beban kurva tegangan. Bahkan

pada tahap awal ini pemeriksaan kami SSR perlu untuk mempertimbangkan

waktu hubungan antara sinyal kontrol dan ac load-rangkaian tegangan dan arus.

Sehubungan dengan waktu, ada dua kelas switching SSR. Dalam satu,

tidak ada upaya khusus dibuat untuk mencapai sinkronisme antara pergantian dari

sirkuit-beban listrik dan menyalakan dari thyristor sakelar. Dalam hal ini "non-

sinkron" kelas, kemudian, Tanggapan penundaan antara aplikasi kontrol

tegangan dan awal beban-rangkaian konduksi adalah biasanya 20-200 mikrodetik

digabungkan dan transformator jenis, dan kurang dari satu milidetik pada hibrida

(lagi karena reed relay waktu operasi). Gelombang saat ini di turn-on di desain

non-sinkron jelas fungsi dari ketika dalam siklus ac sinyal kontrol diterapkan.

Dalam sinkron (nol-tegangan turn-on) desain, efek dari penerapan kontrol

sinyal tertunda (jika diperlukan) sampai kekuatan-line tegangan lewat melalui nol

(Hal ini dilakukan oleh internal yang merasakan besarnya garis tegangan, dan

mencegah memicu thyristor sampai persimpangan nol berikutnya terjadi.) Jadi,

jika sinyal kontrol terjadi untuk diterapkan segera setelah nol persimpangan, para

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 9

SOLID STATE RELAY

SSR tidak akan benar-benar mulai melakukan sampai hampir setengah siklus

penuh kemudian. Di sisi lain, jika sinyal kontrol yang terjadi untuk diterapkan

tepat sebelum nol-persimpangan akan segera terjadi, SSR akan mulai melakukan

hampir segera, dengan hanya sangat kecil penundaan yang dijelaskan di atas

untuk non-sinkron desain. Jelas, saat itu, turn-on delay dari SSR dapat memiliki

nilai apapun kurang dari satu milidetik untuk setengah penuh siklus listrik

(sekitar 8,3 milidetik untuk daya Hz 60 baris). Biasanya, selama 60 Hz layanan,

penilaian diberikan sebagai 8,3 milidetik maksimum untuk semua solid-state-

desain, dan 1,5 milidetik maksimum untuk desain hibrida. Akhir karakteristik

utama AC-switching SSR adalah perilaku turn-off. Karena thyristor, sekali tidak

akan berhenti melakukan sampai arus beban mengalir melalui jatuh ke nol,

mungkin turn-off penundaan (antara penghapusan sinyal kontrol dan penghentian

arus beban) dari satu setengah siklus. Seperti dalam kasus turn-on, turn-minimum

off penundaan itu mendekati nol. Jadi, yang khas 60-Hz rating untuk turn-off

time adalah 9 milidetik maksimum.

3. CARA PENGOPERASIAN

Tegangan yang diberikan pada garis kontrol menyebabkan suatu SSR LED

bersinar pada foto-dioda sensitif. Hal ini menghasilkan tegangan antara sumber

dan MOSFET gerbang, dan menyebabkan MOSFET menjadi hidup. Sebuah SSR

didasarkan pada satu MOSFET, atau beberapa MOSFET dalam array paralel yang

bekerja dengan baik untuk beban DC.

Ada dioda substrat yang melekat dalam semua MOSFET yang melakukan cara

kinerja dengan arah sebaliknya. Ini berarti bahwa satu MOSFET tidak dapat

memblokir arus dalam dua arah. Untuk AC (bi-directional) operasi, dua MOSFET

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 10

SOLID STATE RELAY

disusun kembali untuk kembali dengan sumber mereka, pin diikat bersama-sama.

Pin menguras mereka dan terhubung ke kedua sisi output. Dioda substrat secara

bergantian membias balik dalam rangka untuk memblokir arus ketika relay tidak

aktif. Ketika relay aktif, sumber umum selalu naik di tingkat sinyal seketika dan

kedua gerbang yang bias positif relatif terhadap sumber foto-dioda.

Hal ini umum untuk menyediakan akses ke sumber yang sama sehingga

beberapa MOSFET dapat ditransfer secara paralel jika switching DC beban.

Umumnya ada juga beberapa sirkuit yang mengendalikan gerbang bila LED

dimatikan, mempercepat giliran relay-off.

Baik SSR dan EMR menggunakan rangkaian control dan rangkaian terpisah

untuk mengganti beban. Ketika tegangan diberikan pada masukan dari SSR, relay

diberi energy oleh diode pemancar cahaya. Cahaya dari dioda adalah berseri-seri

menjadi sensitif terhadap cahaya semikonduktor itu, dalam kasus tegangan nol

crossover relay, kondisi sirkuit control untuk menghidupkan output solid state-

switch disebelah tegangan nol crossover. Dalam kasus tegangan nol crossover

relay output solid state saklar diaktifkan pada saat yang tepat tegangan yang

terjadi pada saat itu. Pencabutan kekuasaan menonaktifkan input rangkaian

control dan solid state saklar dimatikan bila arus beban melewati titik nol dari

siklus.

4. APLIKASI SSR

Sejak pendahuluan, SSR telah memperoleh penerimaan di banyak daerah yang

sebelumnya satu-satunya domain yang EMR atau Kontaktor. Para SSR semakin

digunakan dalam industri aplikasi kontrol proses, terutama suhu kontrol, motor,

solenoida, katup dan transformer. Daftar aplikasi SSR adalah luas.

Solid State Relay ini mirip dengan ditambah OPTO perangkat yang sudah

disebutkan, tetapi menggunakan MOSFET daya transistor sebagai perangkat

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 11

SOLID STATE RELAY

switching. Solid State Relay dapat menggantikan berbagai jenis relay

elektromekanis daya rendah. Ini menggunakan OPTO coupling untuk

menyediakan listrik lengkap isolasi antara rangkaian input daya yang rendah dan

yang tinggi sirkuit output daya. Ketika saklar output terbuka (MOSFET off)

memiliki resistansi yang hampir tak terbatas, dan resistansi yang sangat rendah

ketika tertutup (MOSFET melakukan berat). Juga dapat digunakan untuk beralih

baik arus AC ataupun DC.

Contoh Aplikasi SSR mencakup:

Otomasi Industri

Peralatan elektronik

Peralatan industry

Mesin kemasan

Tooling mesin

Peralatan Manufaktur

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 12

SOLID STATE RELAY

Peralatan makan

Sistem keamanan

Industry pencahayaan

Api dan sistem keamanan

Dispensing mesin

Peralatan produksi

On-board power control

Traffic control

Sistem instrumentasi

Mesin penjual

Uji sistem

Mesin kantor

Peralatan medis

Tampilan pencahayaan

kontrol lift

Metrologi peralatan

Hiburan pencahayaan

5. PERANGKAT SWITCHING

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 13

SOLID STATE RELAY

Yang paling banyak digunakan dari keluarga ini adalah logam oksida

semikonduktor transistor efek medan (MOSFET), silikon-dikontrol penyearah

(SCRs), TRIAC dan alternistor TRIAC. Dalam banyak aplikasi perangkat ini

melakukan fungsi-fungsi utama dan sangat penting bahwa satu mamahami

keuntungan mereka, serta kekurangan mereka, untuk melakukan kebenaran sistem

yang handal. Bila diterapkan dengan benar, thyristor dapat menjadi keuntungan

yang penting dalam pertemuan lingkungan, kecepatan dan kehandalan spesifikasi

elektromekanis rekan-rekan mereka tidak bisa memenuhi.

MOSFET

Adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari dua metaloxide

semikonduktor transistor efek medan (MOSFET)< satu jenis P-jenis, terpadu pada

satu chip silikon. MOSFET switching ideal untuk beban DC.

SCR SCR

Silikon dikuasai penyearah (SCR) adalah empat lapisan perangkat solid state

yang mengontrol aliran arus. SCR bertindak sebagai switch, pelaksanaan ketika

menerima arus gerbang pulsa dan terus melakukan selama ini bias maju. SCR

sangat ideal untuk beralih ke semua jenis beban AC.

TRIACS

Adalah komponen elektronik yang kurang lebih setara dengan dua penyearah

silikon dikendalikan terbalik bergabung dalam parallel (sejajar tetapi dengan

polaritas terbalik) dan terhubung dengan gerbang mereka bersama-sama. Hal ini

menghasilkan dua arah saklar elektronik yang dapat melakukan arus di kedua

arah. TRIAC ideal untuk beralih AC ke beban resistif.

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 14

SOLID STATE RELAY

Alternistor TRIAC

Digunakan untuk beralih AC beban,yang alternistor telah dirancang khusus

untuk aplikasi yang beralih tinggi beban induktif. Chip khusus menawarkan

kinerja serupa sebagai dua SCRs, kabel parallel terbalik (back to back),

menyediakan turn off yang lebih baik dari pada standar perilaku TRIAC. Yang

Alternistor TRIAC adalah solusi ekonomis yang sangat ideal untuk beralih AC ke

beban induktif.

Thermal Considerations dan Heat Sinking Thermal

Adalah sebuah pertimbangan mendasar dalam desain dan penggunaan

SSR,karena kontak disipasi (biasanya 1 W per amp). Oleh karena itu, sangat

penting bahwa cukup panas tenggelam disediakan, jika tidak hidup dan keandalan

switching SSR akan dikompromi. Untuk ukuran yang benar heat sink, kita harus

mempertimbangkan apa yang masuk, yang mendapat nomor tahanan termal untuk

memahami apa artinya.

Mari kita mulai pertama dengan mendefinisikan beberapa variabel:

P = Power Disipasi (W)

EDROP = Tegangan Drop ON maximum (V), dapat ditemukan di table spesifikasi

TA = maksimum temperature lingkungan dimana relay akan berlokasi (C)

TJ = maksimum semikonduktor persimpangan umumnya suhu 100

RKPT = Allowable kenaikan suhu (C)

REJC = Thermal perlawanan, sambungan ke kasus ditemukan di tabel

spesifikasi(C/W)

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 15

SOLID STATE RELAY

RECS = Thermal perlawanan, kasus heat sink umumnya 0,1C/W. ini menjelaskan

kerugian dalam minyak panas atau transfer thermal pad

RESA = Thermal perlawanan, heat sink untuk ambient ini heat sink yang

diperlukan berdasarkan karakteristik volume heat sink dan rancangan (C/W)

6. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN SSR

Baik relay kontaktor biasa maupun solid state relay (SSR) mempunyai

keuntungan dan kerugian.  Baik keuntungan maupun kerugian tersebut merupakan

‘trade-off’ yang harus dipilih bagi disainer sistem kontrol.

Pada dasarnya Solid state relay (SSR) merupakan relay yang dapat didiskripsikan

sebagai berikut :

Mempunyai empat buah terminal, 2 input terminal dan 2 buah output

terminal.

Tegangan input dapat berupa tegangan AC atau DC.

Antara output dan input diisolasi dengan sistem optikal.

Output menggunakan keluarga thyristor, SCR untuk beban DC dan

TRIAC untuk beban AC.

Switching ON, yang sering disebut ‘firing’, solid state relay hanya bisa

terjadi pada saat tegangan yang masuk ke output pada level yang sangat

rendah mendekati nol volt.

Output berupa tegangan AC (50 Hz atau 60 Hz).

Sebuah solid state kontaktor adalah tugas yang sangat berat solid state

relay, termasuk yang diperlukan heat sink, digunakan untuk beralih pemanas

listrik, motor listrik kecil dan pencahayaan load; di mana sering on / off siklus

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 16

SOLID STATE RELAY

diperlukan. Tidak ada bagian yang bergerak untuk memakai dan tidak ada kontak

bouncing karena getaran. Mereka diaktifkan oleh sinyal kontrol AC atau DC

sinyal kontrol dari Programmable logic controller (PLC), PC, transistor-transistor

logic (TTL) sumber, atau lainnya kontrol mikroprosesor dan mikrokontroler.

 

Gambar 1 Blok Diagram Solid-State Relay (SSR)

Keuntungan dan Kerugian Penggunaan Solid-State Relay

Penggunaan solid state relay mempunyai beberapa keuntungan  yang

menyebabkan solid-state relay saat ini menarik untuk digunakan pada aplikasi-

aplikasi kontrol untuk beban AC daripada digunakannya relay mekanik

(Electromechanical Relay, EMR), walaupun biaya sebuah solid-state relay lebih

mahal daripada biaya sebuah relay mekanik biasa.

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 17

SOLID STATE RELAY

Gambar 2 Proses Kerja Solid-State Relay

Keuntungan solid-state relay :

1.   Pada solid-state relay tidak teedapat bagian yang bergerak seperti halnya pada

relay.  Relay mempunyai sebuah bagian yang bergerak yang disebut

kontaktor dan bagian ini tidak ada pada solid-state relay.  Sehingga tidak

mungkin terjadi ‘no contact’ karena kontaktor tertutup debu bahkan karat.

2.   Tidak terdapat ‘bounce’, karena tidak terdapat kontaktor yang bergerak paka

pada solid-state relay tidak terjadi peristiwa ‘bounce’ yaitu peristiwa

terjadinya pantulan kontaktor pada saat terjadi perpindahan keadaan.  Dengan

kata lain dengan tidak adanya bounce maka tidak terjadi percikan bunga api

pada saat kontaktor berubah keadaan.

3.   Proses perpindahan dari kondisi ‘off’ ke kondisi ‘on’ atau sebaliknya sangat

cepat hanya membutuhkan waktu sekitar 10us sehingga solid-state relay

dapat dengan mudah dioperasikan bersama-sama dengan zero-crossing

detektor.  Dengan kata lain opersai kerja solid-state relay dapat disinkronkan

dengan kondisi zero crossing detektor.

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 18

SOLID STATE RELAY

4.     Solid-State relay kebal terhadap getaran dan goncangan.  Tidak seperti relay

mekanik biasa yang kontaktornya dapat dengan mudah berubah bila terkena

goncangan/getaran yang cukup kuat pada body relay tersebut.

5.     Tidak menghasilkan suara ‘klik’, seperti relay pada saat kontaktor berubah

keadaan.

6.     Kontaktor output pada solid-state relay secara otomatis ‘latch’ sehingga

energi yang digunakan untuk aktivasi solid-state relay lebih sedikit jika

dibandingkan dengan energi yang digunakan untuk aktivasi sebuah relay. 

Kondisi ON sebuah solid-state relay akan di-latc sampai solid-state relay

mendapatkan tegangan sangat rendah, yaitu mendekati nol volt.

7.     Solid-State relay sangat sensitif sehingga dapat dioperasikan langsung

dengan menggunakan level tegangan CMOS bahkan level tegangan TTL. 

Rangakain kontrolnya  menjadi sangat sederhana karena tidak memerlukan

level konverter.

8.     Masih terdapat couple kapasitansi antara input dan output tetapi sangat kecil

sehingga arus bocor antara input output sangat kecil.  Kondisi diperlukan

pada peralatan medical yang memerlukan isolasi yang sangat baik.

Keuntungan solid-state relay begitu baik sekali tetapi dibalik keuntungan

tersebut terdapat kerugian penggunaan solid-state relay yang  perlu 

dipertimbangkan dalam penggunaannya.

Kerugian solid-state relay adalah sebagai berikut :

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 19

SOLID STATE RELAY

1.     Resistansi Tegangan transien.  Tegangan yang diatur/dikontrol oleh solid-

state relay benar-benar tidak bersih.  Dengan kata lain tidak murni

tegangannya berupa sinyal sinus dengan tegangan peak to peak 380 vpp

tetapi terdapat spike-spike yang dihasilkan oleh induksi motor atau peralatan

listrik lainnya.  Spike ini level tegangannya bervariasi jika terlalu besar maka

dapat merusakkan solid-state relay tersebut.  Selain itu sumber-sumber spike

yang lain adalah sambaran petir, imbas dari selenoid valve dan lain

sebagainya.

2.     Tegangan drop.  Karena solid-state relay dibangun dari bahan silikon maka

terdapat tegangan jatuh antara tegangan input dan tegangan output. 

Tegangan jatuh tersebut kira-kira sebesar 1 volt.  Tegangan jatuh ini

menyebabkan adanya dissipasi daya yang besarnya tergantung dari besarnya

arus yang lewat pada solid-state relay ini.

3.     Arus bocor-‘Leakage current’.  Pada saat solid-state relay ini dalam keadaan

off atau keadaan open maka dalam kondisi yang idel seharusnya tidak ada

arus yang mengalir  melewati solid-state relay tetapi tidak demikian pada

komponen yang sebenarnya.  Besarnya arus bocor cukup besar untuk jika

dibandingkan arus pada level TTL yaitu sekitar 10mA rms.

4.      Sukar dimplementasikan pada aplikasi multi fasa.

5.      Lebih mudah rusak jika terkena radiasi nuklir.

 

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 20

SOLID STATE RELAY

Gambar 3 Rangkaian internal Solid-State Relay 

Pada solid-state ralay, switching unit-nya biasanya menggunakan TRIAC

sehingga solid-state relay ini dapat mengalirkan arus baik arus positif maupun

arus negatif.  Walaupun demikian untuk mengontrol TRIAC ini digunakan SCR

yang mempunyai karakteristik gate yang sangat sensitif.  Kemudian untuk

mengatur trigger pada SCR sendiri diatur dengan menggunakan rangkaian

transistor.  Rangkaian transistor ini menjadi penguat level tegangan yang didapat

dari optocoupler.  Penggunaan SCR untuk mengatur gate TRIAC karena gate SCR

mempunyai karakteristik yang lebih sensitif daripada gate TRIAC.

Antara bagian input dan output dipisahkan dengan menggunakan optocoupler dan

dengan sinyal yang kecil, cukup untu menyalakan diode saja, maka cukup untuk

menggerakkan sebuah bebab AC yang besar melalui solid-state relay.

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 21

SOLID STATE RELAY

Gambar 4 Daerah Pengaktifan sebuah Solid-State Relay

Rangkaian kontrol merupakan rangkaian kontrol biasa, seperti pada

umumnya.  Fungsi logika AND, pada blok diagram rangkaian internal SSR,

dibangun dari dua buah transistor Q1 dan Q2 yang bekerja untuk menghasilkan

logika inverted NOR. Q1 akan melakukan ‘clamps’ jika optocoupler OC1 dalam

keadaan off.  Q2 akan melakukan ‘clamps’ jika tegangan bagi antara R4 dan R5

cukup untuk mengaktifkan transistor Q2.  Sehingga Q2 akan melakukan clamp

pada SCR jika tegangan anode SCR lebih dari 5 volt.

Jika OC1 ‘ON’ maka Q1 akan OFF sehingga Q1 tidak melakukan clamp

pada SCR.  SCR akan aktif jika Q2 juga dalam kondisi OFF.  Kondisi ini terjadi

pada saat terjadinya zero crossing.  Penambahan kapasitor C2 bertujuan untuk

menghindari kemungkinan SCR di trigger berulang-ulang.  C1 berguna untuk

menyediakan arus yang cukup untuk sumber tegangan sementara pada saat

terjadinya ‘firing’ pada gate SCR, selain itu C1 juga berfungsi untuk menghindari

kondisi ditriggernya gate SCR berulang-ulang.

Penambahan C1 dan C2 akan menghindari trigger SCR pada saat tegangan

anode SCR turun (down slope), kondisi ini memang tidak diharapkan.  

Komponen D2 akan memperbolehkan gate SCR di-reverse bias untuk 

menghasilkan kekebalan terhadap noise.  D1 berfungsi untuk melindungi

tegangan input yang berlebihan di atas rating tegangan optocoupler OC1. 

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 22

SOLID STATE RELAY

Komponen SCR yang digunakan, jika ingin membangun sebuah SSR sendiri,

adalah SCR dengan tipe 2N5064, 2N6240.

TRIAC yang digunakan adalah 2N6343 dengan C11 sebesar 47nF dengan

tegangan disesuaikan dengan rating tegangan aplikasi TRIAC dan diode yang

mentrigger gate TRIAC ini harus 1N4004.

TRIAC merupakan komponen yang terdiri dari 2 buah SCR yang

terpasang paralel tetapi terbalik.  Kondisi ini menyebabkan timbulnya masalah

pada beban induktif yaitu pada saat kondisi turn-off TRIAC.  TRIAC harus mati

pada saat setiap ½ cycle yaitu pada saat tegangan jala-jala PLN mendekati nol

volt.  TRIAC harus melakukan bloking tegangan pada saat tegangan mulai

mencapai 1-2 volt dalam keadaan tegangan inverse.  Kejadian ini terjadi sekitar

30us pada rate frekuensi jala-jala 60Hz.  Pada beban induktif TRIAC tidak sempat

dalam kondisi benar-benar OFF untuk dapat ditrigger kembali.  Kejadian ini akan

menyebabkan TRIAC pada beban induktif tertentu akan menyebabkan TRAIC

tidak dapat OFF dan kontrol tidak akan berfungsi untuk mengontrol TRIAC ini

kecuali dengan jalan memutuskan aliran arus yang menuju terminal TRAIC ini

secara manual. 

Untuk menghindari kejadian seperti ini maka output sebuah solid-state

relay harus ditambahkan sebuah rangkaian snubber jika solid-state relay ini

digunakan untuk beban yang bersifat induktif.

Walaupun demikian dapat digunakan solid-state relay yang komponen

output unitnya berupa SCR.  SCR lebih mudah digunakan dalam mengontrol

beban induktif, walaupun demikian untuk amannya sebuah sistem kontrol maka

perlulah dipertimbangkan untuk diberikannya sebuah rangkaian snubber pula

untuk beban induktif.

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 23

SOLID STATE RELAY

Walaupun solid-state relay dengan SCR maupun TRAIC- nya yang

membuat perlunya sedikit pertimbangan  dalam pemberian rangkaian snubber

pada beban induktif, solid-state relay secara umum lebih baik pada penggunaanya

terutama untuk aplikasi yang membutuhkan isolasi antara input dan output yang

baik.  Memang harga bolehlah mahal tetapi untuk kualitas yang baik maka

komponen ini bisa menjadi sebuah alternatif untuk menggantikan sebuah relay

mekanik pada aplikasi-aplikasi tertentu.  

POLITEKNIK NEGERI MALANG Page 24