المرحلات ذات الحالة الصلبة (SSR) هي مفاتيح تعمل بالكهرباء بدون مكونات متحركة وتستخدم لعزل الدوائر أو البطاريات، واكتشاف الأعطال في خطوط النقل والتوزيع، والتحكم في كميات كبيرة من الطاقة باستخدام إشارة تحكم أصغر.

على عكس المرحلات الكهروميكانيكية، تُصنع المرحلات ذات الحالة الصلبة من مكونات صلبة مثل الترانزستورات والمقاومات والمكثفات. تتكون المرحلات ذات الحالة الصلبة من دائرتين: دائرة تحكم بجهد منخفض ودائرة حمل (تبديل) بجهد أعلى.

نظرًا لعدم وجود نقاط تلامس ميكانيكية تبلى، فإن المرحلات ذات الحالة الصلبة مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تتطلب تبديلًا متكررًا، مثل استخدامها في جهاز تحكم بدرجة الحرارة. كما أن المرحلات ذات الحالة الصلبة أكثر هدوءًا من الأجهزة الكهروميكانيكية نظرًا لعملها الصامت، ولا تولد شرارات عند التبديل. وعادة ما تكون أغلى من أنواع المرحلات الأخرى وغالبًا ما تولد حرارة، مما يتطلب أحيانًا استخدام مشتت حراري مطابق.

مخطط تتابع يوضح دوائر الإدخال والحمل. مصدر الصورة: Futurlec

 

النوع والتطبيق

يمكن تصنيف المرحلات ذات الحالة الصلبة حسب نوع الجهاز وكذلك التطبيق المقصود.

العزل

قد تكون المرحلات ذات الحالة الصلبة معزولة بصريًا أو غير معزولة. لا تحتوي المرحلات المعزولة بصريًا على اتصال كهربائي مباشر بين دائرة الإدخال (التحكم) ودائرة الإخراج (التبديل)، بينما تحتوي الأجهزة غير المعزولة على هذا الاتصال.

الفضاء الجوي / المواصفات العسكرية (MIL-SPEC)

قد تُصنع المرحلات لتطبيقات الفضاء الجوي والدفاع، وقد تستوفي أيضًا عددًا من المعايير العسكرية الأمريكية (MIL-SPEC). تشمل المعايير الشائعة للمرحلات MIL-PRF-39016 و M83536 و M83726.

التطبيقات

يمكن تطبيق أنواع مختلفة من المرحلات على استخدامات مختلفة، بما في ذلك تطبيقات السيارات والأغراض العامة والإغلاق.

التركيب

يمكن تركيب المرحلات ذات الحالة الصلبة باستخدام عدد من الطرق المختلفة.

تُجهز المرحلات المثبتة بالقوس (أو الشفة) بشفة للتركيب. تُركب الشفة عادةً عن طريق ربط الجهاز بشفة مطابقة يتم لحامها بعد ذلك بجدار مقابل.

تُجهز الأجهزة المثبتة على قضيب DIN بمثبت قادر على التركيب على قضيب DIN. قضبان DIN هي أجهزة تركيب موحدة من قبل المعهد الألماني للتوحيد القياسي (DIN).

تُصنع المرحلات المثبتة على اللوحة للتركيب على لوحة كهربائية.

تُركب المرحلات PCB على لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) باستخدام وصلات الفتحات أو تقنية التثبيت السطحي (SMT). تُركب المرحلات المقبسية على لوحات PCB باستخدام مقابس الدبابيس.

المواصفات

من المهم مراعاة المواصفات المتعلقة بمفاتيح المرحل ذي الحالة الصلبة عند اختيار المنتج.

تبديل التشغيل

قد تتحول المرحلات ذات الحالة الصلبة إذا تم استيفاء أحد الشروط التالية:

• تُشغل أجهزة التشغيل الفوري الحمل فورًا عند وجود جهد تشغيل، وغالبًا ما تستخدم للتحكم في الأحمال الحثية.

• تُشغل أجهزة تبديل الذروة عندما يكون جهد التحكم موجودًا ويصل جهد التشغيل إلى الذروة. وتُستخدم عادةً للتحكم في الأحمال الحثية الثقيلة.

• تُشغل مرحلات التبديل الصفري عند النقطة التي يمر فيها تيار الحمل المتردد عبر الصفر عند تغيير قطبيته. وتُستخدم هذه المرحلات للتحكم في الأحمال المقاومة.

الأقطاب والمقذوفات

يصف مصطلح "القطب" عدد الدوائر المنفصلة التي يتحكم فيها المفتاح. يحدد عدد الدوائر التي يتحكم فيها المرحل عدد نقاط التلامس للمفتاح، والتي بدورها تحدد الأقطاب اللازمة لإنشاء أو قطع نقاط التلامس. عادة ما تحتوي المفاتيح على ما بين قطب واحد وأربعة أقطاب: قطب واحد (SP)، قطب مزدوج (DP)، قطب ثلاثي (3P) وأربعة أقطاب.

من المهم أيضًا مراعاة مقذوفات مفتاح المرحل، أو عدد المواضع المميزة التي يستطيع المفتاح اتخاذها.

تكون مفاتيح الرمي الفردي (ST) مفتوحة في وضع واحد ومغلقة في وضع آخر. على سبيل المثال، مفتاح رمي فردي ذو قطب واحد (SPST) هو مفتاح تشغيل-إيقاف بسيط، مثل مفتاح الإضاءة. مفتاح رمي فردي ذو قطب مزدوج (DPST) هو مفتاح تشغيل-إيقاف يفتح ويغلق نقطتي تلامس بحركة واحدة.

مفاتيح الرمي المزدوج (DT) هي أجهزة ثنائية الاتجاه. تحتوي مرحلات الرمي المزدوج على ثلاث نقاط تلامس ووضعين: في الوضع الأول، تكون نقطتا التلامس 1 و 2 متصلتين، ولكن الثالثة تظل مفتوحة. في الوضع الثاني، يتم عكس هذا الاتصال إلى نقطتي التلامس 2 و 3.

تكوين المفتاح

يمكن تصنيف مفاتيح المرحلات ذات الحالة الصلبة إلى ثلاثة أنواع أو "أشكال" مختلفة، بناءً على معلومات القطب والرمي المذكورة أعلاه.

• مفاتيح النموذج A هي SPST (قطب واحد، رمي فردي) وعادة ما تكون مفتوحة (NO).
• مفاتيح النموذج B هي SPST وعادة ما تكون مغلقة (NC).
• أجهزة النموذج C هي SPDT (قطب واحد، رمي مزدوج) وهي مفاتيح تحويل (CO).

المدخلات

تتضمن مواصفات الإدخال الهامة جهد الالتقاط والجهد الانفصالي.

عند مناقشة المرحلات ذات الحالة الصلبة، يشير الإدخال إلى التيار المستخدم لتشغيل وإيقاف الجهاز عند تطبيقه. يمكن للمرحلات استخدام جهود تيار متردد (AC) أو تيار مستمر (DC) كمدخلات. قد يُنصح المشترون بإدخال نطاق جهد الالتقاط عند اختيار المنتج. هذا هو نطاق الجهود الذي سيحافظ على وضع "التشغيل" لمفتاح المرحل. يشير الحد الأقصى لهذا النطاق أيضًا إلى الحد الأقصى للجهد المطلق الذي يمكن للمرحل تحمله دون إتلاف مكوناته.

على العكس من ذلك، فإن جهد الانفصالي هو نقطة جهد واحدة؛ عندما يصل جهد الإدخال إلى هذه النقطة أو ينخفض دونها، يكون المرحل مضمونًا في وضع "الإيقاف". يُعرف جهد الانفصالي أيضًا بجهد الإيقاف.

المخرجات

تخرج المرحلات ذات الحالة الصلبة إشارات تبديل "تشغيل" أو "إيقاف" باستخدام أحد المكونات الداخلية المتنوعة.

غالبًا ما تستخدم ترانزستورات التأثير الحقلي بأكسيد المعادن وأشباه الموصلات (MOSFET) لتبديل الإشارات الإلكترونية. تتميز ترانزستورات MOSFET بطبقة عازلة من أكسيد المعادن بين قطب البوابة.

الترانزستورات ثنائية القطبية (BJT) هي أجهزة بثلاثة أطراف يتحكم فيها تيار القاعدة في تيار الباعث. تتميز ترانزستورات BJT بمقاومة خرج أعلى من ترانزستورات MOSFET وهي خيار جيد للدوائر التناظرية المتطلبة.

مقومات السيليكون المتحكم فيها (SCR) هي ثايرستورات بثلاثة أطراف تعمل كديودات بوابة. يسمح طرف البوابة بمرور التيار من الكاثود إلى الأنود وتشغيل الجهاز. تُستخدم مقومات SCR في تطبيقات الطاقة العالية والجهد العالي مثل التحكم في المحركات.

الترياكات (Triacs) هي ثايرستورات متحكم فيها بالبوابة تشبه مقومات SCR ولكن يمكنها التوصيل في كلا الاتجاهين. غالبًا ما تستخدم الترياكات ذات الطاقة المنخفضة في تطبيقات مثل تعتيم الإضاءة، وفي الأجهزة الصغيرة والكبيرة.

المعايير

BS EN 117000 - نظام متناسق لتقييم جودة المكونات الإلكترونية المواصفات العامة - المرحلات ذات الحالة الصلبة كلها أو لا شيء ذات جودة مقيّمة، بيانات عامة وطرق اختبار

BS EN 62314 - المرحلات ذات الحالة الصلبة

DESC-DWG-85092 - المرحلات، ذات الحالة الصلبة، معزولة بصريًا، محكمة الغلق، تبديل الإشارة التناظرية