Cómo probar un relé de estado sólido

Dominar los métodos adecuados de prueba para dispositivos de relés de estado sólido es una habilidad valiosa para las personas involucradas en la creación, gestión y adquisición de sistemas de control eléctrico. Porque relés de estado sólido no contienen partes mecánicas, pueden fallar de manera diferente a los relés electromecánicos tradicionales y no pueden ser analizados utilizando procedimientos de prueba estándar. Muy a menudo, los SSR fallan silenciosamente, lo que puede resultar en activaciones falsas del equipo o incluso en fugas de corriente mientras el sistema debería estar completamente apagado. Las técnicas discutidas en este artículo proporcionan orientación para varios tipos de pruebas de SSR, comenzando con una simple verificación con medidor y concluyendo con una prueba completa de verificación eléctrica utilizada en la línea de producción.

Por qué la prueba de un SSR es diferente a la de un relé mecánico

Un relé mecánico puede abrir y cerrar contactos metálicos, por lo que al usar un medidor configurado en continuidad, las lecturas obtenidas son muy claras: cerrado significa casi cero ohmios, abierto significa infinito. Un SSR, por otro lado, realiza su conmutación utilizando dispositivos de estado sólido como TRIAC, SCR o FET, y eso es un juego totalmente diferente. Incluso cuando no está activo, un buen SSR permite que fluya una pequeña cantidad de corriente de fuga cuando está apagado, y en modo activo cae un cierto voltaje en lugar de actuar como un interruptor cerrado perfecto. Debido a esto, una medición de resistencia realizada a través de los terminales de salida de un SSR normal puede ser bastante confusa y podría indicar una pieza defectuosa. Una de las principales razones que hace que la prueba de relés de estado sólido sea complicada es que las personas simplemente confían en los mismos principios que aplicarían a un relé mecánico.

Preparación y equipo necesarios

Antes de comenzar cualquier trabajo, reúna un multímetro digital, que posea función de medición de diodos y resistencia, así como una fuente de corriente continua/alternativa de bajo voltaje adecuadamente ajustada a las especificaciones de control del relé. También se recomienda usar una pequeña carga de prueba, por ejemplo, una lámpara incandescente o cualquier dispositivo tubular de calefacción adecuado para la posición. Se requiere un probador de alto voltaje con el propósito de seguridad y verificación de aislamiento si el fabricante recomienda verificar la separación entre los circuitos de entrada y salida. La especificación del fabricante proporciona información sobre el número de parte, voltaje de control, corriente de salida y la corriente de fuga en estado apagado. Es crucial saber si es un circuito de CC o CA para predecir el comportamiento futuro del dispositivo. El SSR de cruce por cero puede conmutar solo cuando el voltaje es igual a cero; por esta razón, se aplica para cargas resistivas, mientras que el modelo de disparo aleatorio se usa para control de fase.

Esté consciente de los riesgos de seguridad

La salida del relé de estado sólido podría estar conectada a la tensión de la red, y su base metálica probablemente esté muy cerca de las uniones semiconductoras activas. Por lo tanto, el circuito debe estar desenergizado, todos los condensadores deben descargarse y el voltaje debe comprobarse con la ayuda de un multímetro digital antes de que el operador ingrese al circuito. Durante la prueba operativa con alimentación, se debe usar un circuito correctamente protegido con fusibles para conectar el relé y se debe mantener una mano detrás de la espalda mientras se trabaja cerca de cables activos. En caso de pruebas de aislamiento, se debe tener en cuenta que el probador de alta tensión utiliza varios voltios altos y debe ser operado únicamente por un empleado capacitado cuando el dispositivo esté separado del resto de la máquina.

Cómo probar un relé de estado sólido con un multímetro

La pregunta frecuente que hacen las personas en los talleres es cómo probar el relé de estado sólido, y la verdad es que, aunque el medidor puede detectar fallas graves, no puede determinar completamente el estado del dispositivo. Pero solo realizando la comprobación con el medidor, puede filtrar la mayoría de los relés de estado sólido defectuosos y en cortocircuito en solo un par de minutos. Primero que nada, asegúrese de que el dispositivo esté desconectado de la alimentación. Luego, cambie el medidor al modo diodo y verifique los terminales de entrada o control del relé de estado sólido. Si este relé de estado sólido funciona con entrada de CC y utiliza optoacopladores y LED, podría obtener un voltaje directo en una dirección y una lectura abierta en la dirección opuesta, tal como un diodo. Si se obtiene una lectura abierta en ambas direcciones, entonces sugiere que la entrada está abierta. Por el contrario, si las lecturas están muy cerca de cero en ambas direcciones, eso indica un cortocircuito en la entrada.

El siguiente paso es verificar los terminales de salida. Configure el medidor en resistencia y verifique la salida. En un SSR en funcionamiento, debería ver una alta resistencia en ambas direcciones, lo que significa que el semiconductor no está conduciendo. Si las lecturas están cerca de cero en una dirección, eso indica que la salida está en cortocircuito, que es la falla más común y más peligrosa del SSR.

El experimento funcional con alimentación

La prueba de banco completamente optimizada se denomina experimento funcional con alimentación, en la cual se confirma el funcionamiento del dispositivo. Conecte los terminales de salida en serie con la lámpara bajo prueba y la fuente de alimentación correspondiente, manteniendo libre la conexión de control. En ausencia de voltaje de control, la lámpara debe permanecer apagada. Si la lámpara se enciende débilmente, indica un cortocircuito en la salida. Ahora suministre la entrada con el voltaje de control y el relé en buen estado encenderá la lámpara con plena luminosidad. Después de cortar el voltaje de control, la lámpara debe quedar completamente apagada. Si la salida no se enciende con el voltaje de control en la entrada, indica que el dispositivo está abierto o, si no se apaga cuando el voltaje de control está apagado, significa que el semiconductor de salida ha fallado.

Mientras el dispositivo aún está encendido, es posible medir la caída de voltaje en el momento de trabajo usando el voltímetro. La caída de voltaje de aproximadamente 1-1.5 voltios en un SSR TRIAC de CA se considera normal y si es excesivamente alta, implica que el semiconductor está envejeciendo y calentándose. Medir la fuga en el estado apagado a través del voltímetro mostrará qué tan bien está conmutando. Por lo tanto, estas dos lecturas son las que distinguen un dispositivo deficiente de uno bueno.

Prueba del SSR para entrada de CA

No todas las unidades reciben la señal con control de CC. En el caso de una unidad de entrada de CA, se espera que el voltaje de control esté en un rango de 90-280 CA, por lo que la fórmula mencionada anteriormente para la comprobación del diodo no funciona en este caso. Para este tipo de dispositivos, la forma segura y fácil sería realizar solo la prueba funcional con alimentación: encender el voltaje de control de CA especificado y verificar si el dispositivo se activó con él o no. Por lo tanto, no es posible medir la resistencia en una unidad de CA debido al bajo voltaje y, por lo tanto, es difícil interpretar los resultados obtenidos mediante el uso de instrumentos de medición.

Pruebas de aislamiento y Hi-Pot

Un multímetro no puede verificar algunas propiedades como la condición del aislamiento entre los circuitos de entrada y salida. Mientras esta barrera asegura que el alto voltaje no alcance el lado de control de bajo voltaje del sistema, es una especificación de seguridad importante que debe verificarse mediante una prueba de resistencia dieléctrica o hi-pot que consiste en aplicar alto voltaje al circuito de entrada/salida durante un tiempo mientras se monitorea la posibilidad de una falla o corriente de fuga excesiva. Un dispositivo que pasa la prueba funcional pero falla procedimientos de prueba de aislamiento de relé de estado sólido es inseguro y debe ser rechazado, porque la falla invisible del aislamiento no aparecerá en ninguna prueba de conmutación. Por eso, los programas serios de calidad consideran la verificación hi-pot como obligatoria y no opcional.

Comportamiento térmico y fallas térmicas

Cuando se activa un SSR, tiende a disminuir el voltaje y generar calor, lo que representa la mayoría de las fallas en campo. Un SSR que funciona normalmente en el laboratorio puede comenzar a comportarse de manera extraña después de conducir corriente durante unos minutos en un disipador de calor de baja calidad. En caso de sospecha de falla térmica, se recomienda realizar la prueba funcional con alimentación y carga nominal durante un período prolongado y monitorear la temperatura de la placa base. Si un dispositivo muestra un aumento en la caída de voltaje en estado encendido y un comportamiento errático en el conmutado, significa que su semiconductor está funcionando más allá de sus límites. Un disipador de calor adecuado y material de interfaz térmica son parte de la solución, aunque el ciclo térmico durante el período de prueba revela el problema. Como resultado, los SSR dimensionados generosamente con un margen de corriente suficiente y montados en un disipador de calor con la clasificación adecuada pasarán bien las pruebas, mientras que uno que esté excesivamente forzado fallará la prueba en pocos minutos. Registrar la temperatura de la placa base al final del experimento proporciona un estándar para comparaciones futuras.

Cómo se puede probar un relé de estado sólido

Reunir algunas de las diversas verificaciones facilita la identificación de una unidad defectuosa. Uno de los principales indicadores de falla es la carga que permanece energizada independientemente de la señal de control. El problema opuesto está relacionado con la salida abierta así como con la etapa de entrada muerta. Cuando la carga parpadea y conmuta mal y solo se enciende cuando se calienta, demuestra la presencia de un semiconductor de mala calidad o un problema con el control. En general, para poder determinar si un relé de estado sólido está defectuoso, se deben usar conjuntamente las lecturas del medidor, la prueba funcional de conmutación y la verificación de aislamiento.

Pruebas en circuito versus fuera de circuito

La importancia de realizar la verificación es igual a la importancia de la ubicación de la misma. La verificación más limpia es cuando probamos el relé retirado de la máquina. Esta es la mejor manera, ya que nada puede afectar sus lecturas. Por supuesto, el medidor solo mide el relé, la prueba funcional solo requiere una carga conocida y no hay circuitos paralelos que compliquen sus mediciones en este caso. Sin embargo, si la cuestión es de máxima importancia, es mejor retirar el SSR y probarlo. Probar en circuito es una forma más fácil y rápida ya que el dispositivo está cableado, pero muchos elementos, circuitos de control y la carga pueden afectar el resultado; por lo tanto, los datos obtenidos de la prueba en circuito solo pueden considerarse como información preliminar. Si hay sospecha, verifíquelo fuera del circuito; de lo contrario, podría concluir erróneamente sobre el elemento defectuoso y reemplazar un dispositivo que funciona, dejando el problema real sin resolver.

Errores comunes a evitar

También existen algunos errores comunes cometidos por los profesionales. El primer error es esperar que el terminal de un SSR muestre un circuito abierto o un cortocircuito cuando se mide con un óhmetro; los semiconductores se comportan de manera diferente y los valores habituales de fuga se confunden con lecturas de fallo. El segundo error es aplicar un voltaje de control incorrecto durante el proceso de prueba, ya sea suministrando un voltaje insuficiente que no activa el circuito de control o un tipo de voltaje incorrecto (por ejemplo, suministrar CC en lugar de CA). El tercer error es realizar la prueba sin la carga, lo que puede ocultar la salida defectuosa ya que no hay corriente fluyendo a través del sistema. El cuarto error es no realizar una prueba de aislamiento y asumir que un dispositivo que conmuta correctamente debe ser seguro. Puede haber un conmutación perfecta de un relé, pero al mismo tiempo puede estar perdiendo la barrera de aislamiento.

De la prueba en banco a la prueba a escala de producción

La discusión anterior gira en torno a la idea de probar cada relé por separado, lo cual está bien en términos de su aplicación en mantenimiento y reparación, pero la tarea de producción es una historia completamente diferente. Durante la operación de una instalación que fabrica cientos y miles de SSR por turno, probar manualmente cada SSR producido es simplemente poco práctico, lento e imposible de documentar adecuadamente para necesidades de certificación. Los procesos individuales no difieren mucho de los descritos en las secciones anteriores; sin embargo, deben ser automatizados, organizados en secuencia y documentados. Las características probadas incluyen la capacidad de corriente nominal, la caída de voltaje de salida, la corriente de control de entrada, la resistencia de aislamiento y, si es necesario, el ciclo térmico. Este es el punto donde cómo probar un relé de estado sólido el conocimiento escala de una habilidad de taller a una disciplina de producción.

Benlong Automation construye exactamente este tipo de línea integrada. El Línea de producción automatizada de relés de estado sólido combina colocación SMT, soldadura, dispensado y un conjunto completo de pruebas funcionales que miden la corriente nominal, la caída de voltaje de salida, la resistencia de aislamiento mediante hi-pot hasta dos mil quinientos voltios CA y las características térmicas, luego carga cada resultado en un sistema MES para una trazabilidad completa por unidad. Debido a que las mismas comprobaciones eléctricas que realiza manualmente son ejecutadas por probadores programables a una tasa de más de mil unidades por turno y registradas automáticamente, un fabricante obtiene tanto consistencia como la pista de auditoría requerida para el cumplimiento de la norma IEC 62314. Para cualquiera que pase de pruebas ocasionales en banco a una producción estandarizada y certificable, una línea automatizada convierte una rutina manual en un proceso repetible y documentado.

Construyendo una rutina de prueba simple

Una buena rutina conecta las técnicas en un sistema que se puede aplicar cada vez. Comience revisando visualmente si hay roturas, decoloración y olor a quemado, ya que cualquier equipo físicamente dañado falla antes de poder ser probado. Luego, pase a la pantalla de lectura del medidor en la entrada y salida para identificar dispositivos muertos o en cortocircuito. Continúe con la prueba en vivo para asegurar el correcto funcionamiento de encendido-apagado del dispositivo bajo una carga normal y mida las caídas de voltaje durante la operación. Concluya con la prueba de aislamiento en cualquier caso de seguridad o certificación. Trabajar en este orden significa que cada paso o bien libera el dispositivo o le detiene antes de que pierda esfuerzo en una pieza que ya ha revelado una falla, que es la esencia práctica de una buena prueba de SSR.

Conclusión

Comprender cómo probar un relé de estado sólido los dispositivos trata de respetar lo que los hace diferentes de los relés mecánicos y usar la herramienta correcta para cada capa de la verificación. Un multímetro verifica problemas mayores de entrada y salida, una prueba funcional con alimentación confirma un conmutación suave bajo carga mientras mide la caída de voltaje en estado activo y la fuga, y una prueba hi-pot asegura la barrera de aislamiento que no puede ser identificada por ningún multímetro. Estas pruebas son suficientes para mantenimiento y solución de problemas. En caso de fabricación a gran escala, los mismos principios se aplican automáticamente y con trazabilidad en una sola línea de producción, lo que garantiza que todos los productos entregados serán probados y documentados. Aprenda a entender las verificaciones singulares y entonces sabrá cómo trabajar con cualquier SSR.