Die Funktion eines Halbleiterrelais

Ein Halbleiterrelais ist ein elektrisches Bauteil, das elektronische Bauelemente zur Schaltsteuerung verwendet und einen zentralen Anwendungswert im Steuerungssystem von handgeführten Laser-Schweißgeräten besitzt. Das Halbleiterrelais vollzieht den Ein-/Ausschaltvorgang über Halbleiterbauelemente und enthält keine mechanischen Kontakte; es zeichnet sich daher durch schnelle Reaktionszeit, lange Lebensdauer und hohe Schwingungsfestigkeit aus und eignet sich somit für häufige Schaltvorgänge in Lasergeräten.

I. Funktionsprinzip von Halbleiterrelais

Ein Halbleiterrelais besteht aus einem Optokoppler zur Isolierung, leistungselektronischen Bauelementen und einer Steuerschaltung. Der grundlegende Arbeitsvorgang ist wie folgt:

Eingangssignaleingang:
Das Steuersystem gibt ein Gleich- oder Wechselspannungssignal mit niedriger Spannung an den Eingang des Halbleiterrelais aus.

Optokoppler-Isolierung:
Das Eingangssignal wird über einen Optokoppler isoliert, wodurch eine elektrische Trennung zwischen Steuerseite und Lastseite erreicht wird.

Ansteuerung der Leistungsbauelemente:
Das Ausgangssignal des Optokopplers steuert die internen leistungshalbleitenden Bauelemente.

Schaltvorgang:
Abhängig vom Steuersignal schaltet das Leistungsbauelement ein oder aus und steuert so die Stromlast innerhalb der Schweißmaschine.

Da Halbleiterkomponenten mechanische Kontakte ersetzen, weist das Halbleiterrelais keinen Kontaktverschleiß auf und ermöglicht hochfrequente, funkenfreie und geräuscharme Schaltvorgänge.

II. Funktionen von Halbleiterrelais in handgeführten Laser-Schweißmaschinen

Laserleistungssteuerung
Festkörperschalter werden verwendet, um den Ein-/Auszustand der Faserlaser-Stromversorgung zu steuern und bieten so die Start-/Stopp-Steuerung für den Laser. Ihre schnelle Reaktionszeit gewährleistet einen stabilen Laserstart und verhindert, dass Spannungsschwankungen die Laserquelle beeinträchtigen.

Kühlmittelanlagen-Verriegelungssteuerung
Handgeführte Laser-Schweissmaschinen benötigen ein Wasserkühlsystem, um die Lasertemperatur konstant zu halten. Festkörperschalter können die Kühlmaschine gekoppelt an das System einschalten und sicherstellen, dass das Kühlsystem vor dem Betrieb des Lasers gestartet wird.

Schweisspistolen-Auslösersteuerung
Wenn der Schalter am Schweisspistolengriff betätigt wird, steuert der Festkörperschalter den Ein-/Auszustand der Laserabstrahlung. Sein schnelles Schalten verbessert die Reaktionszeit des Lasers, die Schweisskontinuität und die Betriebsstabilität.

Schutzschaltungen und Verriegelungssysteme
Halbleiterrelais werden für Sicherheitsverriegelungen wie Gasmeldung, Wasserflussüberwachung und Abdeckungsüberwachung verwendet. Bei einem abnormalen Verriegelungssignal schaltet das Relais sofort den Laserbetriebskreis ab und erhöht so die Anlagensicherheit.

Hochfrequente Schaltanwendungen
Beim Handschweißen erfolgt eine häufige Ein- und Ausschaltung der Laserabgabe. Die Hochgeschwindigkeitsschaltfähigkeit von Halbleiterrelais erfüllt diese Anforderungen und vermeidet Ausfallprobleme, die bei mechanischen Relais bei häufigem Betrieb auftreten.

III. Hauptmerkmale von Halbleiterrelais

Galvanische Trennung: Wird über Optokoppler erreicht, wodurch die Systemsicherheit verbessert wird.

Schnelle Ansprechzeit: Typischerweise im Mikrosekundenbereich, um die schnellen Steuerungsanforderungen des Laserschweißens zu erfüllen.

Lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit: Keine mechanischen Kontakte, wodurch Kontaktabnutzung vermieden wird und ein langfristig stabiler Betrieb ermöglicht wird.

Starke Störfestigkeit: Die Halbleiterstruktur gewährleistet einen stabilen Betrieb in der starken elektromagnetischen Umgebung des Laserschweißens.

Kein Geräusch und kein Lichtbogen: Verhindert die Entstehung von Lichtbögen beim Schalten, reduziert die Interferenz mit anderen elektronischen Bauteilen und eignet sich daher für präzise Laserausrüstung