Многие из читателей услышав слово «реле» наверняка представят себе катушку, к сердечнику которой притягивается подвижный контакт. И это вовсе не удивительно, ведь изначально реле всегда были электромагнитными, и под словом «реле» вообще-то принято понимать электромагнитное устройство для размыкания и замыкания электрической цепи.
Тем не менее, уже давно для коммутации электрических цепей в различных областях техники применяют полупроводниковые ключи: транзисторы, тиристоры, симисторы. Не обошел полупроводниковый прогресс и реле.
Несмотря на то, что при помощи электромагнитных реле традиционно коммутируют цепи с большими величинами токов и напряжений, сегодня уже и на полупроводниках можно реализовать стойкие и мощные электрические коммутаторы. Такими коммутаторами и являются полупроводниковые реле или твердотельные реле (от англ. Solid-state relay, сокращенно SSR).
Таким образом, полупроводниковое реле представляет собой уже полностью электронное устройство, без подвижного механического контакта, которое служит для включения/выключения мощных нагрузок в силовых цепях, путем подачи низкого управляющего напряжения на вход управления электронного устройства.
Внутри корпуса твердотельного (полупроводникового) реле имеется схема датчика, реагирующего на сигнал управления, а также силовая часть — полупроводниковая электроника на стороне коммутируемой цепи высокой мощности.
Такие реле применяют в цепях постоянного и переменного тока, где они выполняют те же функции, что раньше выполняли механические электромагнитные реле и контакторы, только теперь задача решается без подвижных частей в цепи коммутации. В итоге, благодаря мощным тиристорам, симисторам и транзисторам, интегрированным в корпуса данных реле, появилась возможность коммутировать токи до сотен ампер не прибегая к механическим узлам.
По сравнению с электромеханическими реле, полупроводниковые реле обладают более высокой скоростью безопасного переключения порядка сотни микросекунд, при этом цепь управления и силовая цепь полностью гальванически изолированы друг от друга (как правило используется оптронная развязка).
Твердотельные реле способны кратковременно выдержать перегрузку на стороне коммутации и сохранить работоспособность, чем не могут похвастаться электромеханические предки. При этом твердотельное реле работает бесшумно, имеет компактные габариты, контакты здесь не окисляются (т. к. контактов как таковых нет), отсутствует искрение, устройству не страшны ни пыль, ни вибрация.
Конечно, сопротивление полупроводникового перехода реле в проводящем состоянии нелинейно, а при больших коммутируемых токах устройству и вовсе требуется охлаждение, однако плюсы однозначно перекрывают эти условные минусы. К тому же срок службы твердотельного реле измеряется миллионами циклов переключений.
Полупроводниковые реле бывают однофазными или трехфазными, для коммутации постоянного или переменного тока. Реле для коммутации переменного тока имеют встроенный датчик перехода через ноль, чтобы коммутация осуществлялась практически при нулевом токе, без вреда для полупроводникового ключа, без опасных бросков тока от индуктивной нагрузки.
В качестве ключей в реле переменного тока служат тиристоры или симисторы, а в реле постоянного тока — полевые или IGBT-транзисторы. Питание к управляющей цепи подается непосредственно от источника управляющего сигнала, причем ток управления не превышает единиц миллиампер, а коммутируемый ток может составлять десятки и сотни ампер.
Трехфазные твердотельные реле бывают без реверса и с реверсом. Трехфазные реле с реверсом имеют два входа управления, причем на выходе одна из фаз может вообще не менять своего положения.
По сравнению с громоздкими механическими магнитными пускателями, компактные полупроводниковые реле работают бесшумно и не изнашиваются, не нужно периодически чистить контакты, а для мощных нагрузок достаточно обеспечить корпусу реле хорошее охлаждение, в некоторых случаях спасет радиатор, крепление для него предусмотрено.
Что касается пыльных и взрывоопасных промышленных производств, то здесь твердотельное реле оказывается настоящей палочкой-выручалочкой, ведь искрение механических контактов исключено из-за отсутствия таковых, а герметичный корпус реле не даст электронике загрязниться.
Для монтажа на печатную плату выпускаются миниатюрные полупроводниковые реле в пластмассовом корпусе. Такие реле способны коммутировать ток до 2 ампер при сетевом напряжении 220-240 вольт, например вентилятор или насос, лампу или даже небольшой радиатор можно включать 5 вольтным цифровым сигналом с датчика, что обычно очень актуально для любителей самостоятельного проектирования систем домашней автоматизации.