ממסרי מוליכים למחצה - סוגים, התקן ועיקרון הפעולה

קוראים רבים, השומעים את המילה "ממסר", בהחלט ידמיינו סליל שבליבתו נמשך מגע נע. וזה בכלל לא מפתיע, כי במקור ממסרים היו תמיד אלקטרומגנטיים, והמילה "ממסר" מובנת בדרך כלל כמשמעות של מכשיר אלקטרומגנטי לפתיחה וסגירה של מעגל חשמלי.

עם זאת, במשך זמן רב, מתגים מוליכים למחצה שימשו להחלפת מעגלים חשמליים בתחומי טכנולוגיה שונים: טרנזיסטורים, תיריסטורים, טריאקים. התקדמות מוליכים למחצה וממסרים לא נחסכו.

למרות העובדה שמעגלים עם זרמים ומתחים גדולים עוברים באופן מסורתי בעזרת ממסרים אלקטרומגנטיים, כיום כבר ניתן ליישם מתגים חשמליים מוליכים למחצה יציבים וחזקים. מתגים כאלה הם ממסרי מוליכים למחצה או ממסרי מצב מוצק (מאנגלית Solid-state relay, בקיצור SSR).

לפיכך, ממסר המוליכים למחצה הוא כעת מכשיר אלקטרוני לחלוטין, ללא מגע מכני נע, המשמש להפעלה/כיבוי של עומסים רבי עוצמה במעגלי חשמל על ידי אספקת מתח בקרה נמוך לכניסת הבקרה של המכשיר האלקטרוני.

בתוך בית הממסר במצב מוצק (מצב מוצק) נמצא מעגל חישה המגיב לאות הבקרה, כמו גם קטע אספקת חשמל - אלקטרוניקה במצב מוצק בצד של מעגל ההספק הגבוה.

ממסרים כאלה משמשים במעגלי DC ו-AC, שבהם הם מבצעים את אותן פונקציות כמו ממסרים אלקטרומגנטיים מכניים ומגעים קודמים, רק שכעת הבעיה נפתרת ללא חלקים נעים במעגל המיתוג. כתוצאה מכך, הודות לתיריסטורים, הטריאקים והטרנזיסטורים החזקים המשולבים בבתי הממסר, ניתן היה להחליף זרמים עד למאות אמפר מבלי להזדקק לרכיבים מכניים.

בהשוואה לממסרים אלקטרו-מכאניים, לממסרי מצב מוצק יש מהירות מיתוג בטוחה גבוהה יותר בסדר גודל של מאות מיקרו-שניות, בעוד שמעגל הבקרה ומעגל הכוח מבודדים לחלוטין זה מזה באופן גלווני (בדרך כלל נעשה שימוש בבידוד אופטו-צמד).

ממסרי מצב מוצק מסוגלים לעמוד בעומס יתר בצד המיתוג לזמן קצר ולהישאר בשירות, אשר אבות קדמונים אלקטרומכניים אינם יכולים להתפאר בו. יחד עם זאת, ממסר המצב המוצק פועל בשקט, בעל ממדים קומפקטיים, המגעים כאן אינם מתחמצנים (מכיוון שאין מגעים ככאלה), אין ניצוצות, המכשיר אינו מפחד לא מאבק ולא ברעידות.

כמובן, ההתנגדות של תרכובת המוליכים למחצה של הממסר במצב מוליך היא לא ליניארית, ובזרמים מיתוג גבוהים המכשיר זקוק בכלל לקירור, אבל הפלוסים בהחלט חופפים את המינוסים הקונבנציונליים הללו. בנוסף, משך החיים של ממסר מצב מוצק נמדד במיליוני מחזורי מיתוג.

ממסרי מצב מוצק הם חד פאזיים או תלת פאזיים, עבור מיתוג DC או AC. לממסרי מיתוג AC יש חיישן חציית אפס מובנה, כך שהמיתוג מתבצע בזרם אפס כמעט, ללא נזק למתג המצב המוצק, ללא עליות זרם מסוכנות מעומסים אינדוקטיביים.

תיריסטורים או טריאקים משמשים מתגים בממסר AC, והשדה או טרנזיסטורי IGBT... מתח מסופק למעגל הבקרה ישירות ממקור אות הבקרה, וזרם הבקרה אינו עולה על כמה מיליאמפר, וזרם המיתוג יכול להיות עשרות או מאות אמפר.

זמינים ממסרים תלת פאזיים של מצב מוצק ללא היפוך והיפוך. לממסרי היפוך תלת פאזיים יש שתי כניסות בקרה, וביציאה ייתכן שאחד הפאזים לא ישנה את מיקומו כלל.

בהשוואה לסטרטרים מגנטיים מכניים מגושמים, ממסרי מוליכים למחצה קומפקטיים עובדים בשקט ואינם נשחקים, אין צורך לנקות את המגעים מעת לעת, ולעומסים חזקים מספיק לספק לבית הממסר קירור טוב, במקרים מסוימים הרדיאטור יהיה אלא שההתקנה עבורו מסופקת.

באשר לייצור תעשייתי מאובק ונפיץ, כאן מתברר כי ממסר המצב המוצק הוא מושיע אמיתי, שכן קשת המגעים המכאנית אינה נכללת בשל היעדרו, והבית האטום של הממסר לא יאפשר לאלקטרוניקה להתלכלך .

ממסרי מצב מוצק מיניאטוריים במארז פלסטיק זמינים להרכבת PCB. ממסרים כאלה יכולים להחליף זרמים של עד 2 אמפר במתח רשת של 220-240 וולט, למשל ניתן להפעיל מאוורר או משאבה, מנורה או אפילו רדיאטור קטן עם אות דיגיטלי של 5 וולט מחישן, אשר הוא בדרך כלל חשוב מאוד עבור חובבי עשה זאת בעצמך מערכות אוטומציה ביתית.