Relés de estado sólido (SSR): qué son y cómo funcionan
Los relés de estado sólido o SSR (solid-state relays) son dispositivos que usan transistores, tiristores o triacs en lugar de contactos metálicos para controlar cargas de potencia elevada a partir de señales de control de bajo voltaje e intensidad. En este post te explico cómo funcionan, sus ventajas y desventajas frente a los relés electromecánicos, y cómo construir tu propio SSR para corriente alterna con un MOC3021 y un triac TIC226.
¿Cómo funciona un SSR?
Un SSR para corriente alterna tiene tres partes:
- Entrada de control: un LED infrarrojo dentro de un optoacoplador. Muchos SSR comerciales aceptan señales de 3 a 32 V de corriente continua.
- Aislamiento óptico: la luz del LED activa un optotriac. No hay conexión eléctrica entre la entrada y la salida, lo que da varios kilovoltios de aislamiento.
- Etapa de potencia: el optotriac dispara un triac de potencia, que es el que realmente conduce la corriente de la carga.
Ventajas frente a los relés electromecánicos
- Son más livianos, silenciosos, rápidos y confiables.
- No se desgastan, porque no tienen partes móviles.
- Son inmunes a los choques y a las vibraciones.
- Generan muy pocas interferencias.
- Conmutan altas corrientes y voltajes sin producir arcos.
- Proporcionan varios kilovoltios de aislamiento entre la entrada y la salida.
Desventajas
- Los modelos comerciales de buena calidad pueden ser costosos.
- Son dispositivos de una sola posición: un solo SSR no puede conmutar al mismo tiempo varias cargas independientes como lo hace un relé de varios contactos.
- Tienen una pequeña caída de tensión (del orden de 1–1,5 V en el triac), que genera calor y obliga a usar disipador.
- Un SSR con triac solo sirve para corriente alterna.
- Presentan una pequeña corriente de fuga cuando están "apagados", por la red snubber.
Por todo lo anterior, es conveniente construir nuestro propio SSR: no hay que comprar modelos comerciales, se arma con componentes económicos y, en caso de falla, se puede reparar.
Esquema del SSR casero
Este SSR está diseñado para 220 V CA / 5 A. Componentes:
| Ref. | Componente | Función |
|---|---|---|
| U1 | MOC3021 (optotriac) | Aislamiento y disparo |
| R1 | 330 Ω | Limita la corriente del LED desde +6 V |
| R2 | 470 Ω | Limita la corriente de compuerta del triac |
| U2 | Triac TIC226 | Conmuta la carga |
| R3 + C1 | 39 Ω / 1 W + 100 nF | Red snubber |
| F1 | Fusible de 5 A | Protección |
U2 tiene que ir montado en un disipador.
Cálculo de R1
Con +6 V de control, una caída de unos 1,2 V en el LED del MOC3021 y R1 = 330 Ω: I = (6 − 1,2) / 330 ≈ 14,5 mA, suficiente para disparar el optotriac (el MOC3021 necesita del orden de 15 mA según su hoja de datos; si dudas, baja R1 a 270 Ω). Si controlas el SSR desde 5 V (Arduino), recalcula: (5 − 1,2) / 0,015 ≈ 250 Ω → usa 220 Ω.
La red snubber
R3 y C1 protegen al triac de los picos de tensión y de los cambios bruscos de tensión que aparecen sobre todo con cargas inductivas (motores, transformadores). Sin snubber, el triac puede dispararse solo o dañarse.
Uso en Colombia (120 V)
El diseño original es para redes de 220 V, pero funciona igual en 120 V, la tensión residencial en Colombia. Con 5 A a 120 V se pueden controlar cargas de hasta unos 600 W. El MOC3021 está pensado para redes de hasta 120 V; para 220–240 V el fabricante recomienda el MOC3022/3023 o los de la serie MOC305x/306x, aunque en la práctica el MOC3021 se usa mucho en ambas.
Diseño del circuito impreso
El diseño del impreso se puede hacer en KiCad, un programa libre de diseño electrónico. Recomendaciones:
- Pistas anchas (2–3 mm o más) para la parte de 5 A.
- Separación de al menos 6–8 mm entre la zona de control y la de potencia, para mantener el aislamiento.
- Borneras de tornillo de buena calidad para la carga.
Solución de problemas
- La carga no enciende: verifica la corriente del LED del MOC3021 y la polaridad de la entrada.
- La carga queda encendida siempre: triac en corto o disparo por ruido; revisa la snubber.
- Una lámpara queda "medio prendida" al apagar: es la fuga por la snubber con cargas muy pequeñas (como LED).
- El triac se calienta mucho: disipador insuficiente o carga mayor a la nominal.
Notas de seguridad
- La etapa de potencia trabaja con la tensión de la red (120/220 V), que puede ser mortal. No toques la placa con el circuito conectado.
- El disipador del TIC226 puede estar conectado eléctricamente a la red: aíslalo o móntalo dentro de una caja cerrada.
- Siempre usa fusible y una caja aislante. Haz las pruebas con una lámpara incandescente como carga.
Preguntas frecuentes
¿Puedo usarlo con corriente continua?
No. Un triac no se apaga con corriente continua; para CC se usan SSR con MOSFET.
¿Sirve para controlar un motor?
Sí, para encender y apagar motores pequeños de CA, siempre con la snubber.
¿Puedo controlarlo con Arduino?
Sí, ajustando R1 a 5 V. Aprende lo básico en qué es Arduino.
Otro proyecto que usa optotriac y triac es la flecha direccional animada.
Conclusión
Un SSR combina un optoacoplador y un triac para conmutar cargas de CA sin contactos, sin ruido y con aislamiento. Con un MOC3021, un TIC226 y una snubber puedes construir uno para 5 A, siempre con disipador, fusible y caja aislante.
Circuito basado en electronica-electronics.com; diseño de impreso hecho en KiCad.
Comentarios