Apa yang dimaksud dengan Solid State Relay? Panduan Utama untuk tahun 2025

Lebih dari sekadar klik: Apa yang dimaksud dengan Solid State Relay?

Suara khas relai konvensional sangat dikenal di bidang elektronik dan penggunaan kontrol industri dengan bunyi klik-klik yang khas. Secara fisik, ini adalah jejak akustik dari sakelar elektromekanis (EMR) yang mengubah sirkuit, menutup sirkuit, dan mematikan beban.

Hal ini telah menjadi norma dalam beberapa dekade terakhir. Namun, bagaimana jadinya jika peralihan dapat dilakukan secara diam-diam, segera, dan dengan masa pakai yang jauh lebih lama? Itulah wilayah kerja Solid State Relay (SSR).

Pada dasarnya, Solid State Relay adalah sirkuit switching elektronik, yang menjalankan tugas yang sama mirip dengan relay elektromekanis meskipun tanpa bagian yang bergerak. Solid-state adalah istilah kategori. Ini adalah bidang fisika dan elektronik yang menggambarkan perilaku keadaan padat arus yang ditransmisikan dalam bahan semikonduktor. Berbeda dengan kontak fisik yang dipaksa bersama oleh kekuatan elektromagnet yang menciptakan medan magnet, melalui karakteristik listrik yang melekat pada bahan semikonduktor (seperti silikon), SSR menghidupkan dan mematikan sirkuit beban.

Tidak adanya komponen yang bergerak adalah satu-satunya fitur yang paling membedakan SSR dan alasan di balik manfaat utamanya. Tidak ada kontak logam yang dapat melengkung, berlubang, atau aus, tidak ada kumparan yang terbakar, dan tidak ada pegas yang kehilangan tegangannya. Ini sepenuhnya merupakan kontrol elektronik dengan sinyal operasi pertama input listrik berdaya rendah yang mengaktifkan sirkuit output arus tinggi. Ini adalah perbedaan arsitektur yang melekat yang tidak hanya membuat SSR menjadi pengganti yang tidak bersuara, tetapi juga memberikan solusi teknologi yang lebih baik untuk berbagai aplikasi modern yang membutuhkan presisi, keandalan dan umur panjang. Tutorial ini akan mengangkat tudung pada Mesin ini, perbedaan mendasarnya dengan relay yang lebih tua, dan bagaimana membuat keputusan yang bijak untuk menggunakan jenis yang tepat.

Di dalam SSR: Cara Beralih Secara Elektronik

Untuk dapat menghargai kemampuan apa yang dapat ditawarkan oleh Solid State Relay, struktur internal harus dipahami terlebih dahulu. SSR yang umum memiliki tiga blok fungsional utama, sirkuit input, sirkuit isolasi (atau kopling), dan sirkuit pengalihan output, meskipun diagram blok mungkin terlihat berbeda. Keduanya memiliki peran yang spesifik dan sangat penting dalam fungsi perangkat.

1. Sirkuit Input: Ini akan menjadi titik masuk di mana logika sistem (misalnya, PLC atau mikrokontroler atau sensor) akan memberikan sinyal kontrol. Sinyal kontrol ini berdaya rendah karena banyak model standar yang memiliki kisaran 3-32V DC. Ini sering dikenal sebagai input DC. Tugas utama rangkaian input adalah mengkondisikan sinyal ini dan menggerakkan tahap isolasi. Ini dapat menggabungkan LED status dan resistor pembatas arus: LED status sebagian besar menyala ketika tegangan kontrol diterapkan untuk memberikan umpan balik visual yang nyaman tentang status relai.
2. Sirkuit Isolasi (Kopling): Ini mungkin merupakan aspek yang paling penting dalam desain SSR. Ini berfungsi untuk memberikan isolasi listrik - celah dielektrik - antara logika kontrol tegangan rendah dan beban listrik tegangan tinggi. Isolasi galvanik semacam itu dianggap sebagai bagian dari keamanan karena memastikan bahwa tegangan tinggi dari beban tidak akan pernah muncul pada elektronik kontrol yang sensitif atau operator manusia. Opto-isolator (nama lain dari optocoupler atau photocoupler) adalah solusi yang paling populer untuk melakukannya. Opto-isolator terdiri dari LED di sisi input dan semikonduktor fotosensitif (seperti fototransistor atau fotodioda) di sisi output yang semuanya dikemas dalam satu paket buram. LED dinyalakan oleh sirkuit input ketika sinyal kontrol datang dan menghasilkan cahaya inframerah di antara celah yang tercipta di dalamnya. Fotosensor merasakan cahaya ini yang memicu rangkaian pengalihan output. Karena media transfer adalah seberkas cahaya, jalur listrik tidak ada di antara kedua konduktor, oleh karena itu, terdapat isolasi yang sangat tinggi yang biasanya diukur dalam ribuan volt.
3. Sirkuit Pengalihan Output: Pengangkat beban berat dari SSR. Diaktifkan oleh sirkuit isolasi dan menyalakan beban daya tinggi. Tergantung pada kategori beban yang akan dialihkan oleh komponen (AC atau DC), bagian-bagian dalam rangkaian output dipilih.

• Dalam kasus beban AC, perangkat switching yang paling populer adalah Thyristor, dalam bentuk Penyearah Terkendali Silikon (SCR) atau lebih dikenal dengan istilah TRIAC (Triode untuk Arus Bolak-balik). TRIAC terdiri dari dua SCR yang diikat bersama secara paralel terbalik, oleh karena itu, TRIAC dapat membawa arus di kedua arah pada saat yang sama melintasi gelombang sinus AC. Bahkan SSR AC yang lebih canggih beralih setengah jalan melalui gelombang sinus untuk memungkinkan transisi arus yang lebih bertahap.
• Beban DC yang biasanya dialihkan dengan transistor daya, misalnya Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) atau Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT), ketiga komponen ini juga dikenal sebagai transistor switching. Beberapa SSR DC yang lebih kecil (dan lebih murah), hanya memiliki satu MOSFET, yang memberikan peralihan yang akurat dengan kerugian minimal. Sakelar arus searah Sakelar ini juga digunakan sebagai perangkat kontrol arus tinggi yang sangat cepat dan efisien, dengan kontrol yang baik atas keluaran arus.

Dengan mengintegrasikan ketiga tahap ini, SSR menyediakan metode yang kuat, aman, dan sangat efisien untuk logika digital untuk mengontrol daya listrik yang signifikan tanpa kontak fisik.

Solid State vs. Relay Mekanis: Perbedaan Utama

Memilih antara Solid State Relay (SSR) dan Electromechanical Relay (EMR) konvensional adalah proses desain yang penting. Meskipun memiliki tujuan umum yang sama, keduanya memiliki perbedaan dalam hal kinerja. Perbandingan berdampingan dapat menunjukkan manfaat dan pertukaran yang tepat dari masing-masing teknologi.

Mari kita pelajari lebih dalam perbedaan penting ini:

• Umur Panjang dan Keandalan: Di atas semua itu, manfaat yang paling penting dari SSR. Karena tidak mengandung bagian yang bergerak, maka tidak ada keausan. Kontak secara fisik aus dalam EMR karena lengkung dan benturan dengan setiap tindakan sehingga memiliki masa pakai yang terbatas. Ketika digunakan sesuai spesifikasinya, SSR memiliki masa pakai hingga 100 kali lebih lama, sehingga lebih cocok untuk digunakan di tempat yang sering terjadi peralihan.
• Kecepatan dan Performa: Tidak seperti kelembaman fisik yang membatasi EMR, SSR dapat mengaktifkan dan menonaktifkan dalam mikrodetik dibandingkan dengan 5 hingga 15 milidetik. Kecepatan tinggi seperti itu sangat penting dalam aplikasi seperti kontrol suhu yang tepat (misalnya, pengontrol suhu) atau otomatisasi kecepatan tinggi yang memerlukan periode siklus cepat.
• Kebisingan dan Gangguan: Fakta bahwa SSR tidak menghasilkan kebisingan dapat menjadi keuntungan yang jelas di area dengan sensitivitas kebisingan yang tinggi seperti di pusat kesehatan atau bangunan cerdas. Lebih penting lagi, kurangnya lengkung kontak juga menyiratkan bahwa SSR menghasilkan interferensi elektromagnetik (EMI) dan interferensi frekuensi radio (RFI) dalam jumlah yang sangat kecil. EMR menghasilkan derau listrik yang kuat dan hal semacam ini dapat disebut sebagai percikan yang dihasilkan EMR ketika menyentuh elektronik sensitif tertentu. Hal ini sangat penting ketika menangani peralatan yang sensitif terhadap elektromagnetik.
• Daya tahan: SSR dibungkus dengan epoksi yang membuatnya sangat tahan lama terhadap guncangan dan kerusakan akibat getaran. EMR, dengan komponen mekanisnya yang disesuaikan dengan baik, akan merusak diri sendiri atau berceloteh, ketika dihadapkan pada kondisi lingkungan yang sama, misalnya, dalam sistem ventilasi industri.
• Tukar Tambah: SSR bukanlah sakelar yang ideal. Perangkat output semikonduktor menampilkan resistansi internal yang kecil yang menyebabkan penurunan tegangan yang kecil ketika dinyalakan. Penurunan ini menghasilkan panas yang sebanding dengan aliran arus melalui beban (P = Vdrop Iload). Akibatnya, SSR terkadang membutuhkan heat sink untuk membuang energi panas ini, untuk menghindari panas berlebih. Sebagai perbandingan, kontak logam tertutup EMR hampir nol, dan menghasilkan panas yang minimal. Selain itu, arus bocor dengan SSR yang tidak aktif bisa sangat rendah, tidak pernah benar-benar nol, sedangkan EMR yang tidak aktif dapat dianggap sebagai celah udara dengan resistensi yang tidak terbatas.

AC vs DC: Memahami Berbagai Jenis SSR

Faktor pertama dalam pemilihan SSR adalah jenis beban yang akan dioperasikan. Solid State Relay memiliki desain khusus untuk AC atau DC dan desain sirkuit output arus internal pada dasarnya berbeda.

Relai Keadaan Padat AC

Jenis yang paling populer adalah AC SSR yang dimaksudkan untuk mengalihkan tegangan listrik (mis. 120V, 240V, 480V AC). Seperti yang telah disebutkan, mereka menggunakan TRIAC atau SCR ganda back-to-back sebagai sakelar keluaran. Banyak perhatian dari banyak SSR AC diberikan pada deteksi zero-crossing. Relai penyeberangan nol memiliki sirkuit internal yang memantau ketika gelombang sinus AC melintasi titik nol volt sebelum menyalakan atau mematikan output.

• Manfaat dari Zero-Crossing: Keuntungan Zero-Crossing Mengalihkan beban AC yang berat pada puncak gelombang tegangan sinus dapat menghasilkan lonjakan arus yang luar biasa dengan tingkat RFI yang tinggi. Ini berarti bahwa hanya dengan mengalihkan pada titik nol volt, akan jauh lebih mulus. Hal ini secara efektif mengurangi banyak penyalahgunaan pada beban (khususnya pada lampu pijar dan beban kapasitif) dan kebisingan listrik yang dihasilkan dijaga agar tetap minimum. Hal ini umumnya merupakan perilaku default dari sebagian besar beban resistif seperti pemanas dan lampu. Sebaliknya, SSR tertentu memungkinkan peralihan di tengah-tengah puncak gelombang sinus ketika digunakan dengan beban induktif di mana hal ini menguntungkan.

Relai Keadaan Padat DC

SSR DC dioptimalkan untuk mengalihkan beban arus searah, yang terjadi terutama pada sistem bertenaga baterai, mobil, dan kontrol motor atau solenoida dc. Mereka menggunakan elemen sakelar, seperti transistor daya (seperti MOSFET atau IGBT). Jika dibandingkan dengan TRIAC yang akan mati dengan sendirinya pada titik nol AC, MOSFET lebih merupakan solenoida yang jelas dan instan. Ini akan dihidupkan ketika sinyal diterapkan pada sinyal kontrol dan matikan seketika setelah sinyal ditarik. Hal ini dapat mendukung peralihan frekuensi yang sangat tinggi dan modulasi lebar-pulsa (PWM) beban DC ke PW kecepatan atau kecerahan. Ggl balik juga merupakan jenis tegangan balik yang bila tidak dilindungi dapat menghancurkan relai saat mengendalikan motor.

Klasifikasi Utama Lainnya

Di luar perbedaan AC/DC, SSR juga dikategorikan berdasarkan:

Jenis Pengalihan:

• Persimpangan Nol: Untuk sebagian besar aplikasi AC yang umum (beban resistif).
• Penyalaan Acak (atau Seketika): Relai AC ini langsung menyala begitu sinyal kontrol diberikan, terlepas dari lokasi bentuk gelombang AC. Relai ini diperlukan untuk mengatur beban induktif (seperti motor dan transformator), dan untuk digunakan di mana kontrol fase yang halus diinginkan.
• Penyalaan Puncak: Relai AC ini menyala pada puncak gelombang sinus AC dan dengan demikian, sangat cocok digunakan di tempat yang bebannya sangat induktif dan di mana arus lonjakan harus dikontrol.

Gaya Pemasangan:

• Pemasangan Panel: Ini adalah unit yang disebut lebih berat dan ditempatkan pada sasis atau heat sink. Unit ini digunakan untuk mengalihkan arus tinggi (biasanya 10A hingga 100A+), yang sering dikutip dalam ampere.
• Dudukan PCB: Ini mungkin lebih kecil, sering kali dalam format “Single In-line Package” (SIP) atau “Dual In-line Package” (DIP) dan dapat disolder langsung ke papan sirkuit tercetak untuk mengalihkan arus yang lebih rendah menggunakan terminal relai yang lebih kecil.

Kapan Menggunakan SSR: Keuntungan dan Aplikasi

Fitur unik Solid State Relay membuatnya sangat baik dalam spektrum aplikasi yang luas di mana relay elektromekanis tidak dapat diterapkan. Kebutuhan untuk menjadi sangat andal dan peralihan yang cepat, kebisingan rendah, dan tepat adalah faktor pendorong dalam penggunaan SSR.

Berikut ini sebagian aplikasi yang paling umum:

• Pemanasan Industri dan Kontrol Suhu: Ini adalah aplikasi SSR tradisional. Suhu yang tepat harus dikontrol dalam oven industri, mesin cetak plastik, dan pemrosesan semikonduktor. SSR memungkinkan pengontrol PID untuk menyalakan atau mematikan elemen pemanas cukup sering (metode yang dikenal sebagai proporsionalitas waktu) untuk memungkinkan kontrol elemen pemanas yang sangat stabil, yang tidak mungkin dikendalikan dengan EMR yang aus secara perlahan.
• Kontrol Pencahayaan: SSR digunakan untuk mengontrol sistem pencahayaan teater skala besar, dan sistem pencahayaan arsitektural yang membutuhkan keheningan dan kemerduan. SSR ini ideal untuk menangani arus lonjakan tinggi lampu pijar atau lampu LED dan kemampuan peralihan yang cepat membuatnya ideal untuk bangunan yang lebih kecil, dan efek tanpa kedip yang cocok untuk peredupan.
• Peralatan Medis: Pada peralatan medis yang berhadapan dengan pasien, kesenyapan sangat penting untuk kenyamanan dan kepastian. Selain itu, SSR sangat andal (lebih dari sekadar relai), dan menghasilkan sedikit atau tidak ada EMI, yang sangat penting dalam pengoperasian peralatan sensitif seperti mesin dialisis atau inkubator yang aman tanpa menggagalkan kerja peralatan pemantauan sensitif lainnya.
• Otomasi Industri (Output PLC): Selama otomatisasi pabrik, Pengontrol Logika yang Dapat Diprogram (PLC) mungkin perlu mengontrol mekanisme dan perangkat seperti motor, solenoida, katup, dan aktuator. Dengan memiliki SSR sebagai antarmuka antara output PLC tegangan rendah dan mesin berdaya tinggi, ini akan menjamin masa pakai yang lama dan bebas perawatan di lingkungan pabrik yang bergetar dan bising secara elektrik.
• Rumah dan Peralatan Cerdas: Peralatan yang cerdas dan terkendali di rumah memang sempurna dengan SSR yang dipasang di PCB, karena sifat pengoperasiannya yang senyap dan ukurannya, yang tidak akan menimbulkan suara yang mengganggu dari relai mekanis.

Cara Memilih SSR yang Tepat untuk Proyek Anda

Memilih SSR yang tepat bukan hanya masalah pencocokan impedansi tegangan dan arus; SSR harus direncanakan dengan cermat agar aman, andal, dan bekerja dengan baik. Kegagalan dalam menetapkan salah satu parameter fundamental dapat mengakibatkan relai rusak sebelum waktunya atau beban kontrol. Ini adalah poin-poin penting yang harus diperhatikan:

1. Jenis Beban (AC atau DC): Keputusan pertama dan utama adalah menentukan jenis beban yang harus digunakan. Anda harus mencocokkan relai dengan beban seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Penerapan SSR DC pada beban AC atau keduanya tidak akan berfungsi.
2. Tegangan Operasi: Saat menggunakan daya 3-fase, pilih SSR dengan peringkat tegangan operasi maksimum yang tinggi secara numerik untuk memberikan margin keamanan di atas tegangan sistem daya nominal terhadap lonjakan saluran, transien, dan kebocoran arus elektroda perpindahan panas semikonduktor. Pilihan SSR yang umum dan aman adalah SSR dengan nilai 480V atau 600V dengan saluran AC 240 V.
3. Arus dan Penurunan Beban Maksimum: Peringkat arus berlaku untuk suhu sekitar (misalnya 25 o C). Tetapi ketika suhu tinggi, daya dukung arus SSR berkurang. Ini disebut penurunan arus. Anda perlu mengunduh lembar data dari produsen relai dan menemukan kurva penurunan dan memilih relai dengan nilai arus yang lebih besar dari batas atas arus beban Anda pada suhu yang kemungkinan besar Anda gunakan untuk peralatan (aman untuk mengasumsikan bahwa Anda berniat untuk melengkapi peralatan dengan kipas angin untuk menghilangkan udara panas). Aturan praktisnya adalah menggunakan SSR dengan nilai nominal yang setidaknya 50 persen dari arus kondisi tunak beban Anda.
4. Kebutuhan Pendingin: Semua SSR yang menggunakan lebih dari beberapa ampere akan menjadi hangat, dan membutuhkan beberapa cara untuk menghilangkan panasnya. Resistensi termal perangkat akan ditentukan pada lembar data (dalam C/W). Pendingin yang memadai harus dipilih dan dipastikan bahwa suhu sambungan internal tidak boleh melebihi suhu maksimum yang diizinkan dalam SSR (batas maksimum biasanya 125C). Penggunaan heat sink yang tidak memadai menjadi alasan paling sering yang menyebabkan SSR gagal.
5. Tegangan Sinyal Kontrol: Pastikan tegangan kontrol yang disediakan oleh rangkaian logika Anda (misalnya, 5V dari Arduino, 24V dari PLC) berada dalam rentang input yang ditentukan dari SSR (misalnya, 3-32V DC).
6. Jenis Perpindahan (Zero-Crossing vs. Acak): Ketika menggunakan SSR dengan rangkaian logika (misalnya Arduino, PLC), pastikan bahwa tegangan kontrol berada dalam batas input yang dinyatakan (misalnya, 3-32V DC) dari SSR.

Menilai parameter ini menggunakan pendekatan yang dipilih dengan cermat terhadap lembar data yang disediakan oleh produsen, Anda pasti dapat mengintegrasikan SSR ke dalam aplikasi Anda untuk bekerja dengan masa pakai yang lama dan mengesankan.

Mitra Anda untuk Kontrol yang Andal: OMCH

Paruh pertama dari persamaan ini adalah menemukan SSR yang tepat apabila Anda akan menggunakan spesifikasi teknis. Paruh kedua, yang juga secara fundamental penting, adalah mendapatkan bagian dari pemasok yang akan memastikan kualitas, keaslian dan fungsionalitas. Dalam pengaturan pabrik, kegagalan komponen tidak hanya akan menimbulkan ketidaknyamanan, tetapi juga dapat menyebabkan waktu henti yang mahal, kehilangan produksi dan risiko keselamatan. Sistem Anda sama baiknya dengan bagian terlemahnya.

OMCH (https://www.omch.com/), sebagai pemimpin pasar dalam otomasi industri dan komponen listrik, menyadari bahwa relai presisi sangat penting untuk bisnis. Kami memiliki rangkaian lengkap relai solid state yang berkinerja dan tahan lama. Anda dapat menjelajahi rangkaian lengkap produk SSR OMCH di: https://www.omch.com/relay/. Kami tidak hanya menjual suku cadang di tim kami. Kami menawarkan solusi agar Anda mendapatkan SSR terbaik, yang sesuai dengan pekerjaan yang memenuhi persyaratan keandalan dan efisiensi Anda. Bekerja dengan penyedia dengan standar tinggi, seorang insinyur akan diasuransikan bahwa semua elemen disertifikasi dan memiliki keterlacakan penuh, dengan dukungan teknis di belakangnya.