Solid State Relay als Ersatz für elektromechanische Relais

[wgh52]

Dieses Thema ist eine Forführung aus

Für meinen 2008er Music Hall Trio Receiver, bei dem billige Omron Relais eingebaut sind, deren Kontake gerne verschleißen, habe ich Solid State Relais' aufgebaut, anstatt der elektromagnetischen eingebaut und Ruhe ist. Bei Interesse zeige ich gerne wie ich's gemacht habe (Ggf. auch in separatem Thread).

Hallo Winfried!
Da wäre ich sehr interessiert dran.
Habe da bisher Stress wegen evtl. Signalverbiegung mit.
Gruß
Arnim

OK, ich stelle meine Lösung also mal vor. Zunächst

Überblick:

Im Bild rechts sind die Endstufen, oben links ist die kleine LS Ausgangsbaugruppe zu sehen um die es (zunächst) geht.

Originale LS Ausgangsbaugruppe:

Je ein Relais für Gruppe A und B, Schwarz die Endstufenausgangskabel, Weiß die A/B Ansteuerung und die Relaisversorgung.

Die originale Ausgangsbaugruppenschaltung:


Die modifizierte Ausgangsbaugruppe:

Die SSRs sind (weil sie als Miniplatinen vorliegen) auf eine zugeschnittene Experimentierplatine montiert und diese mit zwei Schauben am LS Ausgangsmodul befestigt. Ansonsten halt der Schaltung entsprechende Verdrahtung mit der Originalplatine.

...und die neue Ausgangsbaugruppenschaltung:


Die beiden Relais hatten je zwei Kontakte, jeder Kontakt braucht also ein Solid State Relay (SSR). Der Aufwand ist also schon größer als mit elektromechanischen Relais.

Die SSR Schaltung selbst ist nicht schwierig: Das SteuerIC Si8752 wird mit Strom an Pin2 nach Pin4 angesteuert (ist sozusagen als 2V Diode zu verstehen), der per geeignetem Vorwiderstand eingestellt ist und steuert intern galvanisch trennend die NMOSFETs auf oder zu. Sehr einfach diese Sache! Und über die letzten Monate seit August funktioniert das wunderbar!

Signalverbiegungen konnte ich (akustisch) bisher gar nicht feststellen, der Ansteuerstrom ist mit 5mA für zuverlässige Aufsteuerung der NMOSFETs wohl groß genug. Die SSR "Schalter" liegen bei unter 8 milliOhm (hat der SSR Konstrukteur gemessen), nominal wären die NMOSFETs bei 3,2milliOhm, zwei davon sind ja in Reihe geschaltet.

Im Nachhinein kam mir noch die Idee, dass man auch zwei SSR 2V Steuerstrecken in Reihe schalten könnte und den Strom vielleicht auf 10mA erhöhen, ich habe das aber nicht probiert weil's ja bereits funzt

[ArLo62]

Hallo Winfried!
Erst einmal vielen Dank für Deine Mühe!!
Leider funktionieren die Links zu Deinen Bildern nicht. Es kommt eine "System Bulletin" Mitteilung.
Gruß
Arnim

[wgh52]

Ich hab sie nochmal neu eingefügt...

[ThomasF]

Hallo Winfried,
da hast du aber "relativ" schlechte Fets im Einsatz, ist bei den Fets in der TO-220 Bauform leider so.

Ist aber viel besser als der Ausgangspunkt.
Das Omron Relais G2R hat in der 2poligen Ausführung (siehe dein Foto unter #1) einen Kontaktwiderstand von 50mOhm (max)!
Das sind Welten.

Der TPH1R306PL im Accuphase E-800 hat typisch 1mOhm / max. 1,34 mOhm. Diese Werte müssen verdoppelt werden, da immer 2 Fets hintereinander geschaltet werden.
Viel besser ist momentan nicht, leider gibt es den TPH nur im SO-8 Gehäuse.

Gruß
Thomas

[capslock]

Kann man die Rückkoppelung nicht hinter die SSR legen und höherohmig (100 R oder so) noch direkt mit der Endstufe verbinden? Dann braucht man sich auch überhaupt keine Gedanken wegen Nichtlinearität mehr machen.

[ArLo62]

Moin!
Wenn ich es nicht hören kann, ist mir der Übergangswiderstand egal. Bei mechanische Relais ist der Übergangswiderstand nach zig mal Schalten noch viel, viel höher. Das sind dann erst recht Welten. Dann lieber ein schlechteres SSR. Aber mal drüber nachdenken...
Gruß
Arnim

[Kalle]

Moin,
es gibt doch Mehrfachrelais und mit der Zange kann man einen Kontakt auf Voreilung bzw. Nacheilung einstellen und hat jede Menge Probleme weniger.
War früher immer in Prospekten ein Qualitätsmerkmal.
Jrooß Kalle

[ArLo62]

Hi Kalle!
Das ginge. Problem ist, dass die Pfurzdinger so klein sind.

[mechanic]

Da hat G.J. Wasser vor langer Zeit mal einiges in einem elektor-Sonderheft (elektor plus Nr.4 von anno ´86) geschrieben.:

- Kontakte müssen sich freibrennen, was nur bei hohem Strom geht
- bei kleineren Lautstärken funktioniert das nicht
- Problem also, dass mal bei hohem Strom und mal bei kleinem Strom abgeschaltet wird
- Lösung 4fach SDS-Relais (gibt´s in der Bucht immer noch) parallel schalten
- ein Kontakt ist immer der erste und funkt im Zweifelsfall und die andern sind bei niedrigeren Strömen schön niederohmig

Klingt plausibel, oder ?

[wgh52]

Tja Leutchen,

auf SSR bin ich ja gekommen gerade weil ich die verschleißende Elektromechanik nicht mehr wollte!

Diese ganz niederohmigen NMOSFETs hatte ich noch nicht gefunden und die Platine des Kollegen war halt „fertig“. Der Accuphasetipp ist jedenfalls gut! Die 1milliOhm SMD Teile sind nicht mal teuer und selbst bei 10A kämen da erst wenige hundert Milliwatt zusammen, die Trio Endstufen leisten aber nur 50W an 8Ohm...

[ThomasF]

Tja Leutchen,

auf SSR bin ich ja gekommen gerade weil ich die verschleißende Elektromechanik nicht mehr wollte!

Diese ganz niederohmigen NMOSFETs hatte ich noch nicht gefunden und die Platine des Kollegen war halt „fertig“. Der Accuphasetipp ist jedenfalls gut! Die 1milliOhm SMD Teile sind nicht mal teuer und selbst bei 10A kämen da erst wenige hundert Milliwatt zusammen, die Trio Endstufen leisten aber nur 50W an 8Ohm...

Richtig bei 10A hat der 1mOhm Fet eine Verlustleistung von 100mW. Diese Verlustleistung ist kein Problem für den Fet.
Und 10 A sind 400 bzw. 800W für den Lautsprecher.

Die ganze Lösungansätze die hier genannt worden sind (Gegenkopplung nach dem Relais / Mehrfachkontate / Freibrennen...)
könnt ihr Euch durch den Einsatz des FETs sparen.

Gruß
Thomas

[wgh52]

Danke Thomas,

meine Bemerkung mit den "Milliwatts" für die MOSFETs bezog sich auf die sich dadurch eröffnende Möglichkeit die SDM FETs ungekühlt einsetzen zu können und nicht TO-220 nehmen "zu müssen". Dadurch wird der Bau der SSRs noch leichter.

[Kalle]

Die ganze Lösungansätze die hier genannt worden sind (Gegenkopplung nach dem Relais / Mehrfachkontate / Freibrennen...)
könnt ihr Euch durch den Einsatz des FETs sparen.

Moin Thomas,
das sehe ich ganz anders, wenn es um Ersatz eines Relais geht, halte ich auch ein anderes Relais, notfalls mit Aufständern weil das Anschlussbild nicht übereinstimmt, für die sinnigste und einfachste Lösung.
Jrooß Kalle

[wgh52]

Hallo Kalle,

ich scheine ja momentan gute Erfahrungen mit der elektronischen Lösung zu machen. Ein Punkt-für-Punkt Vergleich der Vor- und Nachteile bzw. Stärken und Schwächen SSR vs. Relais aus Deiner Sicht und Erfahrung wäre aufschlussreich. Danke Dir schonmal! Vielleicht muß ich ja dann wieder umrüsten

[Udo]

Hallo Winfried,


eine ähnliche Schaltung findet man auch auf den Seiten von Rod Elliott MOSFET-Halbleiterrelais
https://sound-au.com/project198.htm

ich habe es mal mit LTSpice simuliert (vereinfachte Schaltung)

einmal 40Vss an 4Ohm 200Watt

Total Harmonic Distortion: 0.000008%

u. auch 1mVss aber da sieht man praktisch nix im Spektrum deshalb hab ich mir den Screenshot gespart

also wenn man passende MosFets mit Rds < 5mOhm verwendet, geht die Signalbeeinflussung gegen null

Grüße Udo

[ThomasF]

Moin Thomas,
das sehe ich ganz anders, wenn es um Ersatz eines Relais geht, halte ich auch ein anderes Relais, notfalls mit Aufständern weil das Anschlussbild nicht übereinstimmt, für die sinnigste und einfachste Lösung.
Jrooß Kalle

Kalle,
auf deine Relais-Lösung bin ich jetzt mal gespannt.

Ich sehe das eher wie Udo in seiner Simulation gezeigt hat.

Gruß
Thomas

[Kalle]

Kalle, auf deine Relais-Lösung bin ich jetzt mal gespannt.

Hallo Thomas,
da kannste lange warten, bei meinem Geraffel funktioniert augenblicklich alles und ich habe daher keinerlei Handlungsbedarf zum Lötkolben zu greifen.
Jrooß

[Kleinhorn]

Hi...
Schade, dass es keine Lösung gibt, die ein 12 Volt Relais ersetzt. Die Schaltungen, die gefunden habe, nutzen entweder die Spannung vom Amp oder haben Groundbezug.
Letzteres ist bei vielen ClassD nicht angesagt. Ersteres wäre optimal um die vorhandene Schutzschaltung weiter zu nutzen. Ich habe nur eine Schaltung gefunden, die auch als Schutzschaltung arbeitet, die dann aber auch mit Ground am Ausgang...

Schade, dass ich von dem Krempel zu wenig Ahnung habe....aber vielleicht kennt ja jemand eine Quelle.

Ich denke, man braucht eine relativ hohe Spannung um die Fets überhaupt durchzusteuern. Die stände ja durch ein SMPS oder Trafo zur Verfügung. Ein DC Schutz und eine Verzögerung wären toll.

Bei reinen Arbeitsstromrelais werden ja Solidstates mit Thyristor funktionieren. Die Mosfet-Geschichte ist für den Schutz von Ausgängen schon optimal...

[Udo]

Schade, dass es keine Lösung gibt, die ein 12 Volt Relais ersetzt...

öhm ich verstehe nicht wie du das meinst ?
genau sowas hat Winfried doch hier oben vorgestellt

Die SSR Schaltung selbst ist nicht schwierig: Das SteuerIC Si8752 wird mit Strom an Pin2 nach Pin4 angesteuert (ist sozusagen als 2V Diode zu verstehen), der per geeignetem Vorwiderstand eingestellt ist und steuert intern galvanisch trennend die NMOSFETs auf oder zu. Sehr einfach diese Sache! Und über die letzten Monate seit August funktioniert das wunderbar!

Grüße Udo

[Kleinhorn]

Dann habe ich das nicht richtig verstanden....
Der Optokoppler wird dann mit 2 Volt angesteuert, was realisierbar wäre. Wenn ich nur 12 Volt zur Verfügung habe, steuern die Mosfet dann durch ?
Ich lese 35 Volt aus dem Amp. Mag auch am Schaltplan liegen, dass ich es nicht so richtig durchblicke, ich kann die Spannungen nicht deuten, was da wo liegt...nur die 35 Volt. Außerdem deute ich die fetten schwarzen Punkte als Ground...nicht hilfreich...