Solid State Röle (SSR) Nedir?

1800’lü yıllarda telgraf sisteminde elektrik akımının uzak mesafelere taşınmasını sağlamak amacıyla geliştirilen röleler, elektriksel olarak kontrol edilebilen anahtarlama cihazlarıdır. Belirli durumlarda devredeki akımın açılmasını veya kapatılmasını sağlamak için kullanılırlar.

Yaygın olarak elektromekanik röleler her ne kadar kullanışlı olsa da bazı koşullar altında yetersiz kalır. 1971 yılında icat edilen Solid State Relay (SSR) veya Türkçe adıyla katı hal röleleri, herhangi bir mekanik parça içermemesi başta olmak üzere elektromekanik rölelerden oldukça farklıdır. Gelin, solid state rölelere yakından bakalım.

Solid State Röle Ne İşe Yarar?

Katı hal röleleri, harici bir düşük voltaj ile kontrol edilebilen anahtarlama cihazıdır. Katı hal röleleri, elektromekanik röleler gibi düşük güç sinyalleri kullanarak yüksek güçte çalışan devrelerin kontrol edilmesinde kullanılır. Elektromekanik röleler ile aynı görevi yerine getirmelerine rağmen hiç bir mekanik bir parça içermediklerinden elektromekanik rölelere kıyasla birçok avantaja sahiptir.

AC veya DC akımları anahtarlama amacıyla kullanılabilen SSR’lar birbirinden izole iki farklı devreye bağlıdır. Kontrol sinyali ile SSR röle içerisinde bulunan LED yakılarak, ışık enerjisi yani fotonlar aracılığı ile diğer devrenin tamamlanması sağlanır. Böylelikle tamamlanan devrede akımın dolaşmasına izin verilir. Bu iki devre arasında herhangi bir fiziksel bağlantının olması devrelerin tamamen birbirinden izole olmasına yardımcı olur. SSR’lar, düşük elektrik akımı ile çeşitli güç seviyelerine sahip devrelerin anahtarlanması yani kontrol edilmesi amacıyla çeşitli senaryolarla kullanılabilir.

Solid State Röle Nasıl Çalışır?

Katı hal rölelerini elektromekanik rölelerden ayıran en büyük fark anahtarlama mekanizmasıdır. SSR’lerin yapısı gereği içlerinde herhangi bir hareketli mekanik parça yer almaz. Anahtarlama işlemini gerçekleştirmek için ise ışığı kullanır. SSR’lerin anahtarlama mekanizmasında opto-izolatör veya opto-kuplör olarak adlandırılan devre elemanı kullanılır. Kontrol sinyali aracılığı ile SSR’lerin anahtarlama sistemi kontrol edilir. Katı hal rölesinin içerisinde yer alan LED kontrol sinyali ile yakılır ve karşı tarafta bulunan fotodiyot yüzey tarafından bu ışık algılanır. Böylelikle devre tamamlanarak SSR açılmış olur. LED’e giden güç kesildiğinde ise SSR kapatılmış olur.

LED ışığı ile güç alan diyot akımı, TRİAC, SCR veya bir dizi MOSFET’i açar. SSR’lerin ışık ile anahtarlanması sayesinde giriş ve çıkış yüklerini taşıyan devreler tamamen birbirinden izoledir. Böylelikle iki devrenin de farklı voltaj değerleri ile çalışması mümkündür.

SSR’lerin Avantajları Nelerdir?

Solid state röle kullanımının tercih edilmesinde sundukları avantajların rolü büyüktür. Katı hal rölelerinin sahip olduğu avantajlar şunlardır:

• SSR’lerin içerisinde herhangi bir hareketli parçacık bulunmaz. Bu da elektromekanik rölelere kıyasla çok daha uzun süre sorunsuz kullanılabilmelerini mümkün hale getirir.
• Benzer işlevi gerçekleştiren elektromekanik rölelere kıyasla çok daha küçük ve hafiftirler.
• SSR’ler istenilen şekilde konumlandırılabilir. Dikey veya yatay yerleştirilmeleri arasında bir fark yoktur.
• Katı hal rölelerinin içerisinde hareketli parçaların bulunmamasının sağladığı bir diğer avantaj da sessiz çalışmadır. Herhangi bir mekanik ses veya elektriksel gürültü yaymazlar.
• SSR’lerin anahtarlama hızı oldukça yüksektir. İçerisinde yer alan LED’in yanma hızıyla eşdeğer anahtarlama hızı sunar. Hızlı açıp kapamaya ihtiyaç duyulan durumlarda en uygun çözümdürler.
• Elektromekanik rölelere kıyasla güç tüketimleri oldukça düşüktür.
• Çalışması sırasında herhangi bir kıvılcım oluşturma ihtimali yoktur. Bu sebeple yanıcı ortamlarda kullanılabilir.
• Yanıcı ortamların yanı sıra sıcaklık, nem, kir, toz ve titreşimden oldukça az etkilenir. Bu sebeple zorlu şartlar altında çalışan sistemler için uygundur.

SSR’lerin Dezavantajları Nelerdir?

Solid state röleler, sahip oldukları avantajlar ile elektromekanik rölelerin yerine birçok alanda kullanılır. Ancak bu SSR’lerin dezavantajları olmadığı anlamına gelmez. Katı hal rölelerinin sahip olduğu dezavantajlar ise şunlardır:

• SSR’ler elektromekanik rölelerle kıyaslandığında en büyük dezavantajları daha pahalı olmalarıdır. Ancak bu kullanım alanına uygun olması ve uzun kullanım ömrü sunması ile tolere edilebilir bir dezavantajdır.
• Solid state röleler çalışırken ısı üretirler. Hatta bazı senaryolarda bu ısının dağıtımı için soğutma sistemleri ve ısı emicilere ihtiyaç duyulabilir.
• Sınırlı akım kapasitesine sahip olmaları, SSR’lerin bir diğer dezavantajıdır. Akım değeri sınır değeri aştığında SSR’a zarar verebilir.
• Katı hal rölelerinin yarı iletken anahtarları arasından voltaj düşüşünün yaşanması muhtemeldir. Bu da sağlanan voltajın azalmasına neden olur.
• SSR’ler bir diğer dezavantajı da aşırı gerilimle karşılaştığında zarar görebilir yapıda olmasıdır.

SSR’lerin Kullanım Alanları Nerelerdir?

Solid state rölelerin ekstrem şartlara dayanıklı olması ve herhangi bir mekanik parça içermemesi onları birçok farklı alan için en uygun çözüm haline getirir. SSR’lerin ısınmalarına rağmen ortam sıcaklığından, toz ve titreşimler gibi dış etkenlerden etkilenmesi endüstriyel üretim amacıyla üretilen cihazlarda en iyi seçenek olmasına neden olur. Endüstriyel cihazlardan ev aletlerine kadar birçok elektronik cihazda SSR’lar kullanılır. Sessiz çalışmaları sebebiyle özellikle hassas ölçüm gerçekleştiren tıbbi cihazlarda da SSR’lar tercih edilir. Katı hal rölelerinin bir başka kullanım alanı da kıvılcım oluşturma imkanı olmadığından yanıcı kimyasal ve benzeri ürünlerin kullanıldığı ortamlar ve cihazlardır. Siz de kullanım alanlarınıza göre doğru SSR türüne karar verebilirsiniz.