Como construir um relé de estado sólido DIY usando um TRIAC

Você pode comprar módulos de relé mecânicos e de estado sólido. No entanto, os relés de estado sólido são mais novos e custam um pouco mais do que os módulos de comutação de relé tradicionais que você já pode estar usando em seus interruptores inteligentes DIY ou projetos de automação residencial.

Neste guia, construiremos um relé de estado sólido a partir de apenas alguns componentes prontamente disponíveis. Você pode usar esses relés de estado sólido DIY em um ambiente de produção e em sua automação residencial ou projetos de interruptores inteligentes.

Relé de estado sólido vs relé mecânico: uma comparação rápida

Ao contrário dos interruptores de relé mecânicos, um relé de estado sólido não possui partes móveis. É como comparar um disco rígido mecânico e uma unidade de estado sólido, que é muito mais rápido e eficiente em termos de energia.

Da mesma forma, um relé de estado sólido (SSR) funciona mais rápido e não consome energia quando não está em uso ou desligado. Funciona ou liga quando a tensão de disparo é fornecida pelo MCU conectado. Mais importante ainda, um relé de estado sólido ocupa um espaço menor e não faz nenhum ruído de clique quando acionado.

Um SSR também pode ser usado para comutação de carga indutiva. No entanto, você deve adicionar um circuito de amortecimento ao SSR para evitar danos ao TRIAC (triodo para corrente alternada). Isso pode não ser necessário em alguns TRIACS, como o BTA16.

Além disso, construir um relé de estado sólido é mais barato do que comprar um ou construir um módulo de relé mecânico. Construímos alguns e os usamos em um ambiente de produção nos últimos meses. Eles funcionam de forma confiável e sem problemas até o momento.

Construindo um relé de estado sólido CA usando um TRIAC

Você pode optar por construir um relé de estado sólido de canal único, canal duplo ou multicanal com base em seus requisitos. Para construir um relé de estado sólido de canal único, você precisará dos seguintes componentes:

• Resistor de 220 ohms ¼ watt
• Resistor de 1K ¼ watt
• BT136 ou similar TRIAC
• Optoacoplador MOC3021
• Terminal de parafuso
• Conector de tira berg macho de dois pinos
• PCB de uso geral
• Base IC de 6 pinos (opcional)
• Dissipador de calor (opcional, mas recomendado para conduzir cargas mais pesadas)
• LED (opcional)
• Ferro de solda e solda

Você também precisará aprenda a soldar, se você nunca fez isso antes, para construir este módulo de relé de estado sólido DIY.

Etapa 1: Solde os componentes na placa de circuito impresso

Obtenha a placa PCB de uso geral e conecte todos os componentes conforme mostrado no diagrama a seguir.

Deve ficar assim depois de montar e soldar os componentes necessários na placa.

Etapa 2: testar o relé de estado sólido

Para testar o relé de estado sólido DIY, você precisa de alguns fios e uma fonte de alimentação de 3,3 V ou 5 V. Você pode usar qualquer bateria de 3,3 V ou um MCU, como NodeMCU, D1 Mini, Arduino Uno, etc., para fornecer a tensão de disparo necessária para testar o interruptor do relé de estado sólido.

Testar o relé de estado sólido e a instalação envolve lidar com uma fonte de alimentação de 110 V-240 V CA. Por favor, prossiga somente se você souber o que está fazendo. Isso pode ser letal se não for feito com cuidado.

1. Obtenha uma placa de extensão e certifique-se de que ela não esteja conectada ou conectada a uma tomada CA.
2. Obtenha um aparelho de CA, como um ventilador ou uma lâmpada.
3. Pegue dois fios e conecte-os à sua carga CA, por exemplo, um ventilador ou lâmpada.
4. Conecte um dos fios conectados à carga CA ao terminal de parafuso do relé de estado sólido (T1).
5. Pegue mais um fio e conecte uma extremidade ao terminal de parafuso do relé de estado sólido (T2) e a outra ao soquete da placa de extensão. Ele deve se parecer com o diagrama a seguir. Certifique-se de que as conexões estejam seguras para evitar curtos-circuitos.
6. Agora conecte os dois terminais da bateria de 3,3 V ou os terminais 3,3 V e GND do MCU aos pinos de entrada do relé de estado sólido, conforme mostrado no diagrama. Se você estiver usando um MCU, use os fios da DuPont. Além disso, verifique se a polaridade está correta, conforme mostrado no diagrama.
7. Conecte a placa de extensão ao interruptor AC e ligue-o.
8. A carga deve ligar. Se você desconectar a alimentação de 3,3 V dos terminais de entrada do relé de estado sólido, a carga deve desligar.

Funcionamento do relé de estado sólido

Quando uma tensão de disparo de 3,3Vor é fornecida ao relé de estado sólido, o LED interno ou LED IR no optoacoplador acende e começa a emitir luz para o sensor óptico conectado ao pino 4 e ao pino 6.

Como resultado, a resistência entre o pino 4 e o pino 6 fica baixa, o que aciona o TRIAC e liga a carga CA conectada. O optoacoplador ajuda a separar os circuitos de alta e baixa tensão, mantendo o Arduino ou MCU protegido contra qualquer interferência ou dano.

Etapa 3: emparelhar o relé de estado sólido com Arduino ou ESP8266

Agora você pode conectar o relé de estado sólido a um Arduino ou outro MCU. Em vez de três fios de jumper para um relé mecânico, você só precisa de dois para o SSR: um para o sinal de entrada (3,3V) e outro para o terra (GND).

Com base na carga, você pode escolher TRIACs de maior carga, como o BTA16, com um dissipador de calor para construir relés de estado sólido para cargas pesadas (2000W ou mais). Lembre-se de usar um circuito snubber se for usar o SSR para comutação de carga indutiva, como para um motor ou bomba.

Use relés de estado sólido DIY para construir switches inteligentes

Você pode usar esses módulos de relé de estado sólido em seus projetos de casa inteligente. Você pode projetar módulos de chave inteligente alimentados por ESP12 com o relé de estado sólido integrado usando a ferramenta de desenho eletrônico Fritzing. Uma vez projetada, você pode imprimir a PCB de um provedor de serviços de prototipagem/fabricação de PCB ou apenas continuar usando PCBs de uso geral.

Você pode usar este relé para construir um interruptor de luz inteligente com sensor de movimento ou comutadores Wi-Fi e instale-os em sua casa ou escritório. Os dispositivos inteligentes podem ajudá-lo a reduzir significativamente o desperdício de energia, além de serem convenientes de usar. Além disso, você também pode configurar um servidor Home Assistant no Raspberry Pi para adicionar automação.

Substitua os relés mecânicos por relés de estado sólido

Agora que você aprendeu a construir relés de estado sólido, você pode substituir seus relés mecânicos por um SSR para comutação eficiente e evitar ruídos de clique. Com um espaço menor quando comparado aos relés mecânicos, você pode projetar e construir protótipos ou interruptores inteligentes em caixas impressas em 3D muito menores para seu projeto de casa inteligente.

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