固體繼電器

固體繼電器,是指電子元件履行其功能而無機械運動構件的,輸入和輸出隔離的一種繼電器。

原理

SSR按使用場合可以分成交流型和直流型兩大類,它們分別在交流或直流電源上做負載的開關,不能混用。下面以交流型的SSR為例來說明它的工作原理,圖1是它的工作原理框圖,圖1中的部件①~④構成交流SSR的主體,從整體上看,SSR只有兩個輸入端(A和B)及兩個輸出端(C和D),是一種四端器件。
工作時只要在A、B上加上一定的控制信號,就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”,實現“開關”的功能,其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道,但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯繫,以防止輸出端對輸入端的影響,耦合電路用的元件是“光耦合器”,它動作靈敏、回響速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高;由於輸入端的負載是發光二極體,這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配,在使用時可直接與計算機輸出接口相接,即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發電路的功能是產生合乎要求的觸發信號,驅動開關電路④工作,但由於開關電路在不加特殊控制電路時,將產生射頻干擾並以高次諧波或尖峰等污染電網,為此特設“過零控制電路”。所謂“過零”是指,當加入控制信號,交流電壓過零時,SSR即為通態;而當斷開控制信號後,SSR要等待交流電的正半周與負半周的交界點(零電位)時,SSR才為斷態。這種設計能防止高次諧波的干擾和對電網的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關器件雙向可控矽管的衝擊和干擾(甚至誤動作)而設計的,一般是用“R-C”串聯吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。

用途

專用的固態繼電器可以具有短路保護,過載保護和過熱保護功能,與組合邏輯固化封裝就可以實現用戶需要的智慧型模組,直接用於控制系統中。
固態繼電器已廣泛套用於計算機外圍接口設備、恆溫系統、調溫、電爐加溫控制、電機控制、數控機械,遙控系統、工業自動化裝置;信號燈、調光、閃爍器、照明舞檯燈光控制系統;儀器儀表、醫療器械、複印機、自動洗衣機;自動消防,保全系統,以及作為電網功率因素補償的電力電容的切換開關等等,另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。

特點

固態繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關,在開關過程中無機械接觸部件,
因此固態繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外,還具有邏輯電路兼容,耐振耐機械衝擊,安裝位置無限制,具有良好的防潮防霉防腐蝕性能,在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳,輸入功率小,靈敏度高,控制功率小,電磁兼容性好,噪聲低和工作頻率高等特點。
(1)SSR內部無機械部件,結構上採用了灌注全密封方式,因此,SSR具有耐振、耐腐蝕、長壽命及高可靠等優點,其開關壽命高達1010萬次;
(2)低噪聲:交流型SSR採用了過零觸發技術,因此線上路上有效地降低了電壓上升速率dv/dt和電流上升速率di/dt值,使SSR長期工作時對市電的干擾極小;
(3)開關時間短,約為10ms,可套用在頻率較高的場合;
(4)輸入電路與輸出電路之間採用光電隔離,絕緣電壓2500V以上;
(5)輸入功耗很低,與TTL,COMS電路兼容;
(6)輸出端有保護電路;
(7)負載能力強。

優點

(1)高壽命,高可靠:固態繼電器沒有機械零部件,由固體器件完成觸點功能,由於沒有運動的零部件,因此能在高衝擊,振動的環境下工作,由於組成固態繼電器的元器件的固有特性,決定了固態繼電器的壽命長,可靠性高。
固態繼電器
固態繼電器
(2)靈敏度高,控制功率小,電磁兼容性好:固態繼電器的輸入電壓範圍較寬,驅動功率低,可與大多數邏輯積體電路兼容不需加緩衝器或驅動器。
(3)快速轉換:固態繼電器因為採用固體器件,所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。
(4)電磁干擾小:固態繼電器沒有輸入“線圈”,沒有觸點燃弧和回跳,因而減少了電磁干擾。大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關,在零電壓處導通,零電流處關斷,減少了電流波形的突然中斷,從而減少了開關瞬態效應。
缺點
(1)導通後的管壓降大,可控矽或雙向控矽的正向降壓可達1~2V,大功率電晶體的飽和壓降也在1~2V之間,一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。
(2)半導體器件關斷後仍可有數微安至數毫安的漏電流,因此不能實現理想的電隔離。
(3)由於管壓降大,導通後的功耗和發熱量也大,大功率固態繼電器的體積遠遠大於同容量的電磁繼電器,成本也較高。
(4)電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差,耐輻射能力也較差,如不採取有效措施,則工作可靠性低。
(5)固態繼電器對過載有較大的敏感性,必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態繼電器的負載與環境溫度明顯有關,溫度升高,負載能力將迅速下降。
(6)主要不足是存在通態壓降(需相應散熱措施),有斷態漏電流,交直流不能通用,觸點組數少,另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標差。

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