Wie funktionieren Halbleiterrelais?
Halbleiterrelais sind Bauteile, in denen statt Elektronenröhren oder mechanisch beweglichen Teilen Halbleiter für den Schaltvorgang eingesetzt werden. Ihre Komponenten haben einen festen Aggregatzustand (Solid State). Halbleiterrelais arbeiten ohne bewegte Teile und sind deshalb sehr langlebig. Sie können sowohl analoge als auch digitale Signale verarbeiten.
Abbildung 1 zeigt ein Halbleiterrelais zum verschleißfreien Schalten von ohmschen, kapazitiven und induktiven Lasten wie Motoren, Schützen, Magnetventilen und Heizungen.
Solid-State-Relais und Optokopplerrelais
Solid-State-Relais arbeiten mit festen Bauteilen. Üblicherweise enthalten sie Transistoren, Thyristoren oder Triacs zur Realisierung der Schaltung:
- Transistoren steuern einen elektrischen Widerstand anhand des angelegten Stroms.
- Thyristoren können durch einen kleinen Initialstrom an der Gate-Elektrode eingeschaltet werden und leiten anschließend bis zum Unterschreiten eines gewissen Mindeststroms, der auch als Haltestrom bezeichnet wird. Thyristoren können wie Dioden nur in einer Richtung schalten.
- Triacs (Triode for Alternating Current) werden ebenfalls über ein Gate gezündet und leiten solange bis der Haltestrom unterschritten wird. Sie eignen sich für den Einsatz unter Wechselstrom.
Optokoppler (Abbildung 2) sind elektrooptische Bestandteile einiger Halbleiterrelais. Sie übertragen Signale zwischen galvanisch getrennten Stromkreisen. Dazu sendet eine Leuchtdiode oder Laserdiode ein Lichtsignal an einen Empfänger in Form einer Photodiode oder eines Fototransistor. Optokoppler zum Ersatz mechanischer Relais werden manchmal ebenfalls als Solid-State-Relais bezeichnet.
Welche Vorteile bringt der Einsatz von Halbleiterrelais?
Halbleiterrelais haben geringe Abmessungen und können platzsparend eingebaut werden. Sie übertragen sowohl digitale als auch analoge Signale.
Steuer- und Arbeitsstromkreis werden durch Halbleiterrelais galvanisch voneinander getrennt. Dadurch werden Induktivitäten und Störungen durch Magnetfelder vermieden. Außerdem bedingt die galvanische Trennung wenig mechanischen Verschleiß, wodurch Halbleiterrelais für sehr viele Schaltzyklen ausgelegt und langlebig sind. Das Ausgangssignal ist nur gering verzögert.
| Relais-Art | Ausführung |
| Halbleiter-Relais | Relais mit Halbleitertechnik |
| Optokopplerrelais | elektrooptische Schaltung mit Leuchtdiode und Fototransistor als Sensor für schnelle Signalübertragung mit galvanischer Trennung |
| Interfacerelais | leistungsstarkes Optokopplerrelais |
| PhotoMOS-Relais | Serienschaltung von Fotodioden als Feldeffekttransistoren, Signalübertragung im photovoltaischen Bereich für Gleich- und Wechselströme |
| Überspannungsschutz | Varistoren in Klemmenbauform für sinusförmige Wechselspannung mit mittlerer bis größerer Leistung |
| Relais, sonstige | sonstige Relais und Zubehör, zum Beispiel Relais-Zange, Relaissockel, Schutzkappe Schutzkappe |
Darüber hinaus spielen die Faktoren Schaltungsart, Kontaktart, die elektrischen Eigenschaften und der Anschluss eine wichtige Rolle bei der Auswahl:
Kontaktart
Hinsichtlich der Kontaktart wird zwischen Schließer, Öffner und Wechsler unterschieden:
- Schließer sind Halbleiterrelais, die bei Anlegen der Steuerspannung die Verbindung zwischen den elektrischen Elementen herstellen.
- Öffner sind Relais, die bei Anlegen der Steuerspannung öffnen, also den Stromkreis unterbrechen.
- Wechsler können verschiedene Prozesse logisch verknüpfen. Ihr Schalter fungiert sowohl als Öffner oder Schließer im jeweiligen System, während das andere jeweils die abweichende Schaltposition einnimmt. Beispielsweise kann ein Wechsler zwischen Heizung und Kühlung hin- und herschalten. Immer, wenn die Heizung an ist, ist die Kühlung aus. Ist die Kühlung an, ist die Heizung aus. Niemals sind dabei beide Kreisläufe gleichzeitig aktiviert.
Halbleiterrelais mit mehreren Schließern oder Wechslern (Doppel- und Mehrfach-Relais) können gleichzeitig mehrere elektrische Verbraucher steuern.
Schaltungsart
- Nullspannungsschaltend: Nullspannungsschaltende Relais schalten den Stromkreis durch Schließen ein, wenn die Spannung ihren Nulldurchgang hat, um eventuelle Störungen zu vermeiden.
- Sofortschaltend: Sofortschaltende Relais schalten dann, wenn eine Steuerspannung angelegt wird.
Anschluss
Die Anschlussart ist wichtig für die spätere Montage des Halbleiterrelais. Zur Auswahl stehen:
- Federklemme
- Flachstecker
- Ringösen
- Schrauben
- Schraubklemmen
- Steckanschluss
- Zugklemme
Elektrische Eigenschaften
Tipp: Halbleiterrelais sind beliebt, da mit ihnen größere Leistungen bei kleiner Steuerspannung geschaltet werden können. (Steuerspannung und Schaltspannung könnten theoretisch auch gleich groß sein, allerdings wäre der Einsatz des Halbleiterrelais dann überflüssig.)
Wählen Sie die benötigten elektrischen Kenngrößen nach Ihrem Bedarf. In unserem Online-Shop finden Sie diverse Halbleiterrelais mit ihren spezifischen Eignungen für den Einsatz in Steuer- und Laststromkreisen.
Steuerspannung im Steuerstromkreis:
- Steuerspannung (max): 5 – 305 V
- Steuerspannung (min): 0 – 240 V
Für die Steuerung von Arbeitsstromkreisen mit:
- Laststrom (max): 8 mA – 125 A
- Schaltspannung (max): 5 V – 660 V
Fragen und Antworten
Wie hoch ist die maximale Schaltfrequenz eines Halbleiterrelais?
Halbleiterrelais haben für gewöhnlich eine höhere Schaltfrequenz als elektromechanische Relais. Die maximale Schaltfrequenz ist von Relais zu Relais unterschiedlich. Angaben hierzu finden Sie im Produktdatenblatt.
Können Halbleiterrelais mit Gleich- und Wechselstrom betrieben werden?
Bitte beachten Sie stets die Hinweise in den Produktdatenblättern und verwenden Sie Relais nie außerhalb der angegebenen Spezifikationen, um Schäden am Bauelement und allen angeschlossenen elektrischen Komponenten zu vermeiden. Für Ihre Spannungsart geeignete Halbleiterrelais können Sie mithilfe der Filter suchen. AC steht für alternating current = Wechselspannung, DC steht für direct current= Gleichspannung.
Benötige ich eine Kühlung für mein elektronisches Halbleiterrelais?
Halbleiterrelais können sich unter elektrischer Last erwärmen. Dabei kann es notwendig werden, einen geeigneten Kühlkörper zu installieren. Ob Sie einen Kühlkörper für ein bestimmtes Halbleiterrelais benötigen, können Sie dem Produktdatenblatt entnehmen.