So bauen Sie einen DIY-Festkörper

Halbleiterrelais bieten effizienteres Schalten für Smart-Home-Automatisierungsprojekte. Bauen Sie Ihr eigenes DIY-SSR, indem Sie dieser Anleitung folgen.

Sie können sowohl mechanische als auch Halbleiterrelaismodule kaufen. Allerdings sind Halbleiterrelais neuer und kosten etwas mehr als die herkömmlichen Relaisschaltmodule, die Sie möglicherweise bereits in Ihren DIY-Smart-Switches oder Hausautomationsprojekten verwenden.

In dieser Anleitung bauen wir ein Halbleiterrelais aus nur wenigen leicht verfügbaren Komponenten. Sie können diese DIY-Halbleiterrelais in einer Produktionsumgebung und in Ihren Heimautomatisierungs- oder Smart-Switch-Projekten verwenden.

Im Gegensatz zu mechanischen Relaisschaltern hat ein Halbleiterrelais keine beweglichen Teile. Es ist vergleichbar mit dem Vergleich einer mechanischen Festplatte und einer Solid-State-Festplatte, die viel schneller und energieeffizienter ist.

Ebenso arbeitet ein Halbleiterrelais (SSR) schneller und verbraucht keinen Strom, wenn es nicht verwendet oder ausgeschaltet ist. Es funktioniert bzw. schaltet sich ein, wenn die Triggerspannung von der angeschlossenen MCU bereitgestellt wird. Am wichtigsten ist, dass ein Halbleiterrelais weniger Platz einnimmt und beim Auslösen kein Klickgeräusch erzeugt.

Ein SSR kann auch zum induktiven Lastschalten verwendet werden. Allerdings müssen Sie dem SSR eine Überspannungsschutzschaltung hinzufügen, um Schäden am TRIAC (Triode für Wechselstrom) zu verhindern. Dies ist in einigen TRIACS, wie z. B. dem BTA16, möglicherweise nicht erforderlich.

Außerdem ist der Bau eines Halbleiterrelais günstiger als der Kauf eines solchen oder der Bau eines mechanischen Relaismoduls. Wir haben einige davon gebaut und verwenden sie seit einigen Monaten in einer Produktionsumgebung. Sie arbeiten zuverlässig, reibungsloser und bisher ohne Probleme.

Sie können je nach Ihren Anforderungen ein Einkanal-, Zweikanal- oder Mehrkanal-Halbleiterrelais bauen. Um ein einkanaliges Halbleiterrelais zu bauen, benötigen Sie folgende Komponenten:

Sie müssen auch lernen, wie man lötet, falls Sie es noch nie zuvor getan haben, um dieses DIY-Halbleiterrelaismodul zu bauen.

Besorgen Sie sich die Allzweck-Leiterplatte und verbinden Sie alle Komponenten wie im folgenden Diagramm gezeigt.

So sollte es aussehen, nachdem die benötigten Bauteile auf der Platine zusammengebaut und verlötet wurden.

Um das DIY-Halbleiterrelais zu testen, benötigen Sie ein paar Drähte und eine 3,3-V- oder 5-V-Stromversorgung. Sie können eine beliebige 3,3-V-Batterie oder eine MCU wie NodeMCU, D1 Mini, Arduino Uno usw. verwenden, um die zum Testen des Halbleiterrelaisschalters erforderliche Triggerspannung bereitzustellen.

Das Testen des Halbleiterrelais und die Installation erfordern den Umgang mit einer 110-V-240-V-Wechselstrom-Stromversorgung. Bitte fahren Sie nur fort, wenn Sie wissen, was Sie tun. Dies kann tödlich sein, wenn es nicht sorgfältig durchgeführt wird.

Bei einer Spannung von 3,3 Voder Triggerspannung an das Halbleiterrelais angelegt wird, schaltet sich die interne LED oder IR-LED im Optokoppler ein und beginnt, Licht an den optischen Sensor zu senden, der an Pin 4 und Pin 6 angeschlossen ist.

Dadurch wird der Widerstand zwischen Pin 4 und Pin 6 niedrig, was den TRIAC auslöst und die angeschlossene Wechselstromlast einschaltet. Der Optokoppler hilft, die Hochspannungs- und Niederspannungskreise zu trennen und schützt so den Arduino oder die MCU vor Störungen oder Schäden.

Sie können das Halbleiterrelais jetzt an einen Arduino oder eine andere MCU anschließen. Anstelle von drei Überbrückungsdrähten für ein mechanisches Relais benötigen Sie für das SSR nur zwei: einen für das Eingangssignal (3,3 V) und einen weiteren für Masse (GND).

Abhängig von der Last können Sie höher belastbare TRIACs wie den BTA16 mit Kühlkörper wählen, um Halbleiterrelais für schwere Lasten (2000 W oder mehr) zu bauen. Denken Sie daran, eine Überspannungsschutzschaltung zu verwenden, wenn Sie das SSR zum Schalten induktiver Lasten verwenden möchten, beispielsweise für einen Motor oder eine Pumpe.

Sie können diese Halbleiterrelaismodule in Ihren Smart-Home-Projekten verwenden. Mit dem Elektronik-Skizzentool Fritzing können Sie ESP12-betriebene Smart-Switch-Module mit integriertem Halbleiterrelais entwerfen. Sobald Sie die Leiterplatte entworfen haben, können Sie sie von einem Dienstleister für Leiterplatten-Prototyping/-Fertigung drucken lassen oder einfach weiterhin Allzweck-Leiterplatten verwenden.

Mit diesem Relais können Sie einen intelligenten Lichtschalter mit Bewegungserkennung oder WLAN-Schalter bauen und diese in Ihrem Zuhause oder Büro installieren. Intelligente Geräte können Ihnen dabei helfen, die Energieverschwendung erheblich zu reduzieren und sind außerdem bequem zu bedienen. Darüber hinaus können Sie auch einen Home Assistant-Server auf dem Raspberry Pi einrichten, um die Automatisierung hinzuzufügen.

Nachdem Sie nun gelernt haben, Halbleiterrelais zu bauen, können Sie Ihre mechanischen Relais durch ein SSR ersetzen, um effizient zu schalten und Klickgeräusche zu vermeiden. Mit einem geringeren Platzbedarf im Vergleich zu mechanischen Relais können Sie Prototypen oder intelligente Schalter in viel kleineren 3D-gedruckten Gehäusen für Ihr Smart-Home-Projekt entwerfen und bauen.

Ravi ist ein erfahrener Technikerklärer, ein IoT-Enthusiast und ein Linux-Liebhaber mit einem Hintergrund in Big Data und App-Entwicklung. Er ist ein Technikfreak mit über 7 Jahren Erfahrung in der Erstellung von DIY-Technik und Anleitungen zu Datenwiederherstellung, Dateireparatur, Exchange Server, Outlook, Microsoft 365, Windows, Mac, Linux, iOS und Smart Home.