Relés y contactores (Relays and contactors).

Los relés de estado sólido (Solid - state relays - SSR) controlan las corrientes de carga (load currents) mediante el uso de interruptores de estado sólido tales como triacs, rectificadores controlados de silicio también conocidos por tiristores (SCR - Silicon Controlled Rectifier) o transistores de potencia. Estos elementos son controlados por señales de entrada acopladas a los dispositivos de conmutación (switching devices) a través de mecanismos de aislamiento como transformadores, relés de láminas (reed relays) u optoaisladores (optoisolators). Algunos relés de estado sólido también incorporan circuitos amortiguadores (snubber circuits) o detectores de cruce por cero (zero-crossing detectors) para reducir picos (spikes) y transitorios (transients) generados por interrupciones de corriente de carga. Dado que los conmutadores de material semiconductor pueden disipar cantidades significativas de energía, los relés de estado sólido generalmente deben disponer de disipadores de calor para minimizar la temperatura de funcionamiento. Las aplicaciones típicas de relés de estado sólido son aquellas en las que los elevados ciclos de encendido / apagado desgastarían rápidamente los relés electromecánicos (electromechanical relays) convencionales. Los relés de estado sólido de propósito general tienen ciclos de encendido / apagado de hasta 100.000 conmutaciones. Se encuentran disponibles relés de estado sólido que se pueden activar con voltajes de nivel lógico CMOS y TTL convencionales.

Figura : relés de estado sólido

La principal causa de falla de un relé de estado sólido es la fatiga mecánica en la estructura del semiconductor de potencia causada por ciclos térmicos. Sin embargo, los efectos del ciclo térmico se pueden controlar haciendo coincidir las cualidades requeridas del ciclo de carga con el relé. Los disipadores de calor (heat sinks) están disponibles para la mayoría de las condiciones de uso o son parte del relé de estado sólido.

Los relés abren y cierran contactos eléctricos para accionar otros dispositivos. A menudo se utilizan porque cuestan menos que los correspondientes interruptores electrónicos. Pero algunas cualidades inherentes del relé también son superiores a las de los dispositivos de estado sólido. Por ejemplo, los circuitos de entrada y salida (input and output circuits) de los relés están aislados eléctricamente, a diferencia de los de la mayoría de los dispositivos de estado sólido. Y los relés pueden tener numerosos contactos aislados eléctricamente entre sí. Además, los relés electromecánicos (electromechanical relays) son cada vez más pequeños, actualmente están disponibles en paquetes de montaje en PCB (PCB -mount) y montaje en superficie (surface mount package) que son adecuados para soldadura automatizada.

Otra ventaja de los relés electromecánicos sobre los interruptores de estado sólido es que los relés tienen una resistencia de contacto mucho menor. La capacitancia de contacto también es menor, lo que puede beneficiar a los circuitos de alta frecuencia. Es menos probable que los relés se activen por transitorios que los interruptores de estado sólido. Y los relés se dañan con menos facilidad por breves cortocircuitos (shorts) o sobrecargas (overloads).

Los relés electromecánicos difieren en otros aspectos importantes de los interruptores de estado sólido. Primero, las bobinas de relé son altamente inductivas y el valor de inductancia no es constante. La inductancia es baja inmediatamente después de la activación y aumenta a medida que la corriente se acerca a un nivel de estado estable y se cierra el inducido del relé. Por el contrario, los interruptores de estado sólido tienen principalmente entradas resistivas y una corriente de entrada constante.

En segundo lugar, los relés electromecánicos tienen un tiempo de conmutación mucho más prolongado que los interruptores de estado sólido. La inductancia de la bobina es la causa principal, pero la masa de la armadura y las estructuras de contacto también son factores que intervienen.

En tercer lugar, la inductancia de la bobina del relé electromecánico puede producir transitorios de alto voltaje (high-voltage transients) inaceptables cuando el dispositivo está desenergizado. Los circuitos de protección pueden reducir los transitorios a un nivel aceptable, pero también retrasan la desconexión del relé.

Los relés electromecánicos también pueden ser una fuente de interferencia electromagnética (Electromagnetic Interference - EMI). Los arcos en los contactos, por ejemplo, se producen cuando un contacto rebota al energizarse y cuando los contactos se abren al desenergizarse.

Los transitorios producidos al desenergizar la bobina son otra fuente. Las interferencias electromagnéticas pueden ser graves cuando se conmutan cargas inductivas a niveles altos de corriente y voltaje (high current and voltage levels).

 Los dispositivos de estado sólido son elementos de pequeño tamaño, cuya versatilidad les permite desempeñar admirable variedad de funciones de control en equipos electrónicos. A semejanza de otros componentes electrónicos, poseen la habilidad de controlar casi instantáneamente el movimiento de cargas de electricidad . Sus aplicaciones incluyen rectificadores, detectores, amplificadores, osciladores llaves electrónicas, mezcladores y moduladores. Por añadidura, los dispositivos de estado sólido tienen importantes ventajas sobre otros tipos de componentes electrónicos; son muy pequeños y livianos (algunos tienen longitudes del orden del centímetro y pesan sólo algunos gramos). No poseen filamentos o calefactores, por lo que no demandan energía para ese objeto ni requieren tiempo de calentamiento; consumen muy poca potencia; su construcción es sólida, extremadamente robusta, libre de microfonismo y pueden fabricarse de modo que resulten insensibles a severas condiciones ambientales. Los circuitos requeridos para su funcionamiento son generalmente sencillos.