En este tutorial aprenderás a controlar dispositivos de corriente alterna (CA) como luces, ventiladores o motores con un Módulo de Relé de Estado Sólido y un Arduino UNO. En comparación con los relés mecánicos, los Relés de Estado Sólido (SSR) son silenciosos y pueden conmutar mucho más rápido y con mayor frecuencia.
Sin embargo, ten en cuenta que este tipo específico de relé solo puede usarse para conmutar dispositivos de CA, por ejemplo, luces que funcionan con ~110V o ~220V corriente alterna (CA). No puedes usarlo para controlar dispositivos que funcionen con corriente continua (CC).
Usaré una luz LED COB como ejemplo de un dispositivo de CA que puede controlarse con un Módulo de Relé de Estado Sólido. Puedes elegir fácilmente tu propio dispositivo. Solo asegúrate de que el consumo de energía sea menor a 400 vatios, ya que ese es aproximadamente el máximo que el relé de estado sólido que usamos aquí puede conmutar.
Partes necesarias
A continuación encontrarás las partes necesarias para este proyecto. Obviamente necesitarás un Módulo de Relé de Estado Sólido. Pero cuidado, existen módulos con activación por nivel bajo y por nivel alto. Nivel bajo significa que el relé se activa cuando la señal de entrada es baja. Ese es el tipo que usamos en este tutorial. Si compras un Módulo de Relé de Estado Sólido, lee la descripción cuidadosamente para asegurarte de obtener el correcto.
Además del Relé de Estado Sólido, necesitarás un microcontrolador. Yo elegí un Arduino UNO, pero puedes usar cualquier otro Arduino también. Si quieres usar un ESP32 es posible, pero necesitas una placa que proporcione una salida de alimentación de 5V.
En cuanto al dispositivo de CA, quería conmutar una luz LED COB. Funcionan con ~110V o ~220V. Listé el modelo de ~110V a continuación. Debes seleccionar uno que coincida con el voltaje de la red eléctrica de tu país.
Ten en cuenta que las luces LED COB son muy brillantes y se calientan mucho. Si quieres encenderlas por más de un segundo, debes usar un disipador de calor, ¡preferiblemente con un ventilador! Listé un disipador a continuación.
Relé de Estado Sólido 5V
Chip LED COB 50W 110V
Disipador con ventilador para LED de 100W
Arduino Uno
Juego de cables Dupont
Protoboard
Cable USB para Arduino UNO
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Relés mecánicos versus Relés de Estado Sólido
Hablemos rápidamente sobre las diferencias entre los relés mecánicos comunes y el Relé de Estado Sólido que usamos en este tutorial.
Relé mecánico
Un relé mecánico es el tipo tradicional que usa un electroimán para mover físicamente un conjunto de contactos. Cuando la corriente pasa por su bobina, se crea un campo magnético que atrae una pequeña armadura y cierra o abre los contactos del interruptor. Debido a que la conmutación es mecánica, a menudo se escucha un «clic» distintivo cada vez que el relé cambia de estado.
Los relés mecánicos son bastante versátiles, pueden manejar cargas tanto de CA como de CC, y suelen ser más económicos que sus equivalentes de estado sólido. También son muy robustos para conmutar altos voltajes y corrientes, lo que los hace populares en sistemas de control industrial, electrónica automotriz y electrodomésticos.
Sin embargo, las partes móviles introducen limitaciones. Los contactos se desgastan con el tiempo debido al arco eléctrico al conmutar cargas inductivas, lo que acorta su vida útil. El movimiento mecánico también los hace más lentos, con tiempos de conmutación usualmente entre 5 y 15 milisegundos. Además, generan ruido eléctrico al conmutar, lo que a veces puede interferir con circuitos sensibles.
Si quieres aprender más sobre relés mecánicos, echa un vistazo a nuestros How To Use A Relay With Arduinoy los Interfacing a Relay Module With ESP32 – A Complete Guide tutoriales.
Relé de Estado Sólido
Un Relé de Estado Sólido (SSR), en cambio, no tiene partes móviles. En lugar de contactos físicos, usa componentes semiconductores como optoacopladores, TRIACs, tiristores o MOSFETs para realizar la conmutación.
Este diseño los hace mucho más rápidos que los relés mecánicos, con tiempos de conmutación que suelen estar en microsegundos en lugar de milisegundos. Al no tener contactos físicos, son silenciosos en operación y tienen una vida útil mucho más larga, ya que no hay desgaste mecánico ni arcos eléctricos.
También son más resistentes a vibraciones y golpes, lo que los hace ideales para entornos donde la fiabilidad y durabilidad son críticas. Otra ventaja es que requieren menos potencia de control: muchos SSR pueden activarse directamente desde las salidas a nivel lógico de un microcontrolador como un Arduino sin necesidad de un transistor externo.
A pesar de estas ventajas, los relés de estado sólido tienen sus propias desventajas. Debido a que usan dispositivos semiconductores, suelen introducir una pequeña caída de voltaje en la salida, lo que genera calor. Esto significa que los SSR a menudo requieren disipadores de calor cuando manejan cargas de alta corriente.
También pueden filtrar una pequeña cantidad de corriente incluso cuando están apagados, lo que puede ser problemático en aplicaciones que requieren un circuito verdaderamente abierto. Además, mientras que los relés mecánicos pueden conmutar tanto CA como CC fácilmente, la mayoría de los SSR están optimizados para cargas de CA o CC, no para ambas. También suelen ser más caros que los relés mecánicos.
Resumen
En la práctica, la elección entre relés mecánicos y de estado sólido depende mucho de la aplicación. Si necesitas conmutar grandes corrientes ocasionalmente, quieres una solución económica y no te importa el sonido del clic, un relé mecánico suele ser la opción adecuada.
Si necesitas conmutación rápida, silenciosa y fiable, especialmente en entornos donde el relé se activará con mucha frecuencia o donde la longevidad es importante, entonces un relé de estado sólido es la mejor opción.
Módulo de Relé de Estado Sólido
Puedes controlar un Relé de Estado Sólido directamente, pero para facilitar su uso con un microcontrolador y por razones de seguridad, normalmente se usan algunos componentes adicionales y un Módulo de Relé de Estado Sólido en lugar del relé «crudo». La imagen a continuación muestra el Módulo de Relé de Estado Sólido que usamos en este tutorial:
El gran bloque negro en el centro es el Relé de Estado Sólido (SSR) real. Es un G3MB-202P con un voltaje de entrada de 5V DC que puede conmutar cargas de CA de hasta 240VAC con 2 amperios:
Ten en cuenta que existen varias variantes del G3MB con diferentes voltajes de entrada y carga, como se muestra en la siguiente tabla:
Para más detalles, consulta el Datasheet for the G3MB Solid State Relay.
Circuito del Módulo
Como se mencionó, un Módulo de Relé de Estado Sólido contiene partes adicionales alrededor del relé real. El diagrama a continuación muestra el circuito típico de un Módulo de Relé de Estado Sólido basado en el G3MB-202P:
Veamos el circuito más de cerca: El diodo 1N4007 (D1) protege el circuito de entrada y el SSR G3MB-202P de una conexión de polaridad inversa.
El transistor driver S8050 (T1) activa el SSR cuando se aplica una señal de nivel alto (H) al pin SIG del conector de entrada. Existe otra versión (y es la que usamos aquí), con entrada de activación por nivel bajo (L) que usa el transistor S8550. Si miras con atención en la parte inferior del módulo, puedes leer «Low Level Trigger»:
El módulo necesita una alimentación de 5V DC a través del pin 5V del conector de entrada y la corriente típica de operación es de unos 10mA.
La tensión de la señal de control de entrada (SIG) debe estar entre 0-2.5V para nivel bajo (relé APAGADO) y entre 3-5V para nivel alto (relé ENCENDIDO). Eso es para la versión de activación por nivel bajo que usamos aquí. El circuito también contiene un LED rojo (LED1), que se enciende cuando el relé está en estado ENCENDIDO.
Los contactos de conmutación (SW-1 y SW-2) se usan para conmutar cargas de 240V CA hasta 2A y el fusible (F1) sirve como protección de salida. Eso significa que puedes conmutar dispositivos de CA hasta 240V×2A=480W, pero para estar seguro, deberías limitarte a 400 vatios.
Componentes del Módulo de Relé de Estado Sólido
Si miras el Módulo de Relé de Estado Sólido desde arriba, puedes identificar las partes más importantes del circuito:
Una última palabra sobre el diseño del módulo. Verás que el lado de alta tensión está muy cerca de los pines y trazas del conector de baja tensión. Habría sido mejor cambiar la orientación del G3MB-202P en la PCB para separar más el lado de alta y baja tensión.
Conexión del Módulo de Relé de Estado Sólido al Arduino
En esta sección vamos a conectar el Módulo de Relé de Estado Sólido a un Arduino UNO. Comienza conectando 5V del Arduino a la entrada DC+ del módulo SSR y GND a la entrada DC-. La entrada de señal CH1 del módulo puede conectarse a cualquier pin digital de salida del Arduino. Yo elegí el GPIO 13, pero cualquier otro GPIO digital funcionará también.
En el lado de alta tensión debes conectar tu fuente de voltaje de CA a la carga de CA, por ejemplo una lámpara, a través del lado de conmutación del módulo. ¡Ten mucho cuidado al manejar voltajes altos!
Para pruebas, conecté una luz LED COB de 220V y 50 vatios como carga, como se muestra a continuación:
Como no usé un disipador, tuve que asegurarme de encender el LED COB solo por períodos muy cortos. Por eso, el ejemplo de código en la siguiente sección activa el LED COB solo por 100 milisegundos. Como se mencionó, si quieres encender el LED COB por más tiempo, debes usar un disipador, ¡preferiblemente con ventilador!
Código para controlar dispositivos de CA con Relé de Estado Sólido
El siguiente código muestra cómo controlar un dispositivo de CA con el Relé de Estado Sólido. Es esencialmente el programa simple Blink. Enciende la salida (lámpara) por 100 milisegundos y luego la apaga por 1 segundo:
const byte relayPin = 13;
void setup() {
pinMode(relayPin, OUTPUT);
}
void loop() {
// Relay ON
digitalWrite(relayPin, LOW);
delay(100);
// Relay OFF
digitalWrite(relayPin, HIGH);
delay(1000);
}
Ten en cuenta que la lógica está invertida (LOW significa ENCENDIDO) y (HIGH significa APAGADO), ya que usamos un módulo SSR con activación por nivel bajo. Si tienes un SSR con activación por nivel alto, simplemente invierte la lógica.
Con este código y un LED COB obtienes esencialmente un destello muy brillante que podría usarse como parte de un sistema de alarma para ahuyentar intrusos. El efecto estroboscópico es muy molesto y deslumbrante.
Conclusiones y comentarios
En este tutorial aprendiste a controlar un LED COB con un Relé de Estado Sólido G3MB-202P y un Arduino. Dado que el G3MB-202P interpreta un nivel de entrada entre 3V y 5V como alto, podrías usar un ESP32 para controlarlo. Sin embargo, el G3MB-202P también requiere 5V para alimentación, por lo que necesitarás un ESP32 con un pin de alimentación de 5V.
Los Relés de Estado Sólido son ideales si necesitas conmutación rápida, silenciosa y frecuente. Pero son más caros que los relés mecánicos y típicamente conmutan cargas de CA o CC, pero no ambas.
Si necesitas conmutar grandes corrientes ocasionalmente, los relés mecánicos suelen ser una mejor opción. Para aprender más sobre relés mecánicos, echa un vistazo a nuestros How To Use A Relay With Arduinoy losInterfacing a Relay Module With ESP32 tutoriales.
Si tienes alguna pregunta, no dudes en dejarla en la sección de comentarios.
¡Feliz bricolaje ; )
