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      固體繼電器工作原理
      更新時間:[2014-03-20] 瀏覽次數:5074次

        固態繼電器SSR(solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關,它利用電子元件(如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件)的開關特性,可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的,為四端有源器件,其中兩個端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端。為實現輸入與輸出之間的電氣隔離,器件中采用了高耐壓的專業光電耦合器。當施加輸入信號后,其主回路呈導通狀態,無信號時呈阻斷狀態。整個器件無可動部件及觸點,可實現相當于常用電磁繼電器一樣的功能。其封裝形式也與傳統電磁繼電器基本相同。它問世于70年代,由于它的無觸點工作特性,使其在許多領域的電控及計算機控制方面得到日益廣范的應用。

        由于固態繼電器是由固體元件組成的無觸點開關元件,所以它較之電磁繼電器具有工作可靠、壽命長、對外界干擾小、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強、開關速度快和使用方便等一系列優點。因而具有很寬的應用領域,有逐步取代傳統電磁繼電器之勢,并可進一步擴展到傳統電磁繼電器無法應用的領域。如計算機和可編程控制器的輸入輸出接口、計算機外圍和終端設備、機械控制、過程控制、遙控及保護系統等。在一些要求耐振、耐潮、耐腐蝕、防爆等特殊工作環境中以及要求高可靠的工作場合,SSR都較之傳統的電磁繼電器有無可比擬的優越性。

        固態繼電器有三部分組成:輸入電路,隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類別,輸入電路可分為直流輸入電路,交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容,正負邏輯控制和反相等功能。固態繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路,交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時,通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅,直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。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。

        固體繼電器的工作原理

        盡管市場上的固體繼電器型號規格繁多,但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制)電路,驅動電路和輸出(負載)電路三部分組成。

        固體繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路,使之成為固體繼電器的觸發信號源。固體繼電器的輸入電路多為直流輸入,個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路,在輸入電壓達到一定值時,電流不再隨電壓的升高而明顯增大,這種繼電器可適用于相當寬的輸入電壓范圍。

        固體繼電器的驅動電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發電路三部分。隔離耦合電路,目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光-三極管、光-雙向可控硅、光-二極管陣列(光-伏)等。高頻變壓器耦合,是在一定的輸入電壓下,形成約10MHz的自激振蕩,通過變壓器磁芯將高頻信號傳遞到變壓器次級。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護、顯示等各種功能電路。觸發電路的作用是給輸出器件提供觸發信號。

        固體繼電器的輸出電路是在觸發信號的控制下,實現固體繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態抑制作用的吸收回路組成,有時還包括反饋電路。目前,各種固體繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場效應管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。

        固體繼電器的主要優點是:

        (1)無運動零部件,無機械磨損,無動作噪聲,無機械故障,可靠性高;

        (2) 無燃弧觸點,無觸點間的火花、電弧,無觸點抖動和磨損,對外干擾小;

        (3) 開關速度迅速,動作時間可達10-3S以下;

        (4) 靈敏度高,控制功率小,可達10-3以下,能很好地與TTL、CMOS電路兼容;

        (5) 抗沖擊振動性能優良,容易實現“零”壓切換;

        (6) 一般用絕緣材料灌封成全封閉整體,所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能,防爆性能也極佳;

        (7) 半導體器件作為開關工作,壽命長;

        (8) 易實現附加功能。

        固體繼電器性能參數測試時應注意以下幾點

        (1)測試直流SSR接通和關斷電壓時,輸入電壓不能長時間處于接通與關斷之間,否則輸出端功耗急劇上升,容易燒壞輸出開關元件。

        (2)測試中不要隨意加快動作速率(一般輸入信號的一個周期長應為接通和關斷時間之和的10倍以上),否則因動態開關損耗大無法工作,甚至燒壞輸出開關元件。

        (3)測試時,首先要了解輸出電流與殼溫(環境溫度)之間的關系曲線(殼溫上升或不帶散熱器時額定輸出電流會下降),避免過載引起永久性失效。

        (4)SSR在關斷狀態下輸出兩端不能實現完全的隔離,存在一定的漏電流,在較高電壓下測試介質耐壓和絕緣電阻在使用時,易發生觸電事故。輸出兩端絕不可測試絕緣電阻或耐壓。

        固體繼電器使用中應注意的問題

        (1)在實際使用時,必須使產品的實際使用條件完全符合產品各項參數和特性曲線的要求。

        (2)SSR受溫度影響較大,使用時要考慮好散熱(一般負載電流>5A時應裝散熱片),當環境溫度高時,SSR的負載能力必然相應下降,因此選用SSR時須留有一定的余量。

        (3)當繼電器處于導通狀態時,將承受P=V(管壓降)×I(負載)的耗散功率。因此必須根據實際工作環境,合理選用散熱器的尺寸或降低負載電流使用。


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