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固态继电器工作原理和应用实例固态继电器SSR与机电继电器相比,是一种没有机械运动,不含运动零件的继电器,但它具有与机电继电器本质上相同的功能SSR是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件,他利用电子元器件的点,磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离,利用大功率三极管,功率场效应管,单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性,来达到无触点,无火花地接通和断开被控电路交流固态继电器SSRSolidstatereleys是一种无触点通断电子开关为四端有源器件其中两个端子为输入控制端另外两端为输出受控端中间采用光电隔离作为输入输出之间电气隔离浮空在输入端加上直流或脉冲__输出端就能从关断状态转变成导通状态无__时呈阻断状态从而控制较大负载整个器件无可动部件及触点可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能固态继电器的工作SSR固态继电器以触发形式可分为零压型Z和调相型P两种在输入端施加合适的控制__VIN时P型SSR立即导通当VIN撤销后负载电流低于双向可控硅维持电流时交流换向SSR关断Z型SSR内部包括过零检测电路在施加输入__VIN时只有当负载电源电压达到过零区时SSR才能导通并有可能造成电源半个周期的最大延时Z型SSR关断条件同P型但由于负载工作电流近似正弦波高次谐波干扰小所以应用广泛有普通型S采用双向可控硅元件和增强型HS采用单向可控硅元件之分当加有感性负载时在输入__截止t1之前双向可控硅导通电流滞后电源电压90O纯感时t1时刻输入控制__撤销双向可控硅在小于维持电流时关断t2可控硅将承受电压上升率dv/dt很高的反向电压这个电压将通过双向可控硅内部的结电容正反馈到栅极如果超过双向可控硅换向dv/dt指标典型值10V/ s将引起换向恢复时间长甚至失败单向可控硅增强型SSR由于处在单极性工作状态此时只受静态电压上升率所限制典型值200V/ s因此增强型固态继电器HS系列比普通型SSR的换向dv/dt指标提高了5 20倍由于采用两只大功率单向可控硅反并联改变了电流分配和导热条件提高了SSR输出功率增强型SSR在大功率应用场合无论是感性负载还是阻性负载耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性均超过普通固态继电器并达到了进口产品的基本指标是替代普通固态继电器的更新产品固态继电器的应用S系列固态继电器HS系列增强型固态继电器、可以广泛用于:计算机__接口装置恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、__灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动化装置等在应用中需要考虑下述问题
1.器件的发热SSR在导通时元件将承受P耗=V有€譏有的热耗散功率其中V有效值和I有效值分别为饱和压降和工作电流的有效值此时需依据实际工作环境条件严格参照额定工作电流时允许的外壳温升75℃合理选用散热器尺寸或降低电流使用否则将因过热引起失控甚至造成产品损坏在线路板上使用连续负载电流2 3A时可选用S3S4产品5A时可选用S08W3封装产品10A以下可采用散热条件良好的仪器底板10A以上需配散热器30A以下采用自然风冷连续负载电流大于30A时需采用仪器风扇强制风冷
2.封装和__形式卧式W型、立式L型体积小适用于印制板直接焊接__立式L2型既能适合于线路板焊接__也能适用于线路板上插接__K型及F型适合散热器及仪器底板__大功率SSRK型和F型封装__时应注意散热器接触面应平整并需涂复导热硅脂先锋T-50__力矩愈大接触热阻愈小大电流引出线需配冷压焊片以减少引出线接点电阻
3.输入端驱动SSR按输入控制方式可分为电阻型、恒流源和交流输入控制型目前主要提供的是供5VTTL电平用电阻输入型使用其他控制电压时可相应选用限流电阻SSR输入属于电流型器件当输入端光耦可控硅完全导通后微秒数量级触发功率可控硅导通当激励不足或斜波式的触发电压有可能造成功率可控硅处于临界导通边缘并造成主负载电流流经触发回路引起的损坏例如基本性能测试电路输入为可调电压源测试负载用100W灯泡输入触发__应为阶跃逻辑电平强触发方式国外继电器__http://___.ic__de.com/Nic/Cls20001011-Sup
2.html商提供的器件标准电流为10__考虑到全温度工作范围-40 +70℃发光效率稳定和抗干扰能力推荐最佳直流触发工作电流在12 25__之间SSR输入端可并联或串联驱动串联使用时一个SSR按4V电压考虑12V电压可驱动3个SSR
4.干扰问题SSR产品也是一种干扰源导通时会通过负载产生辐射或电源线的射频干扰干扰程度随负载大小而不同白炽灯电阻类负载产生的干扰较小零压型在交流电源的过零区即零电压附近导通因此干扰也较小减少的方法是在负载串联电感线圈另外__线与功率线之间也应避免交叉干扰
5.过流/过压保护快速熔断器和空气开关是通用的过电流保护方法快速熔断器可按额定工作电流的
1.2倍选择一般小容量可选用保险丝特别注意负载短路是造成SSR产品损坏的主要原因感性及容性负载除内部RC电路保护外建议采用压敏电阻并联在输出端作为组合保护金属氧化锌压敏电阻MOV__大小决定吸收功率厚度决定保护电压值交流220V的SSR选用MYH
12、430V、 12的压敏电阻;380V选用MYH
12、750V压敏电阻;较大容量的电机变压器应选用MYH
20、24通流容量大的压敏电阻
6.关于负载的考虑SSR对一般的负载应是没有问题的但也必须考虑一些特殊的负载条件以避免过大的冲击电流和过电压对器件性能造成不必要的损坏白炽灯、电炉等类的“冷阻”特性造成开通瞬间的浪涌电流超过额定工作电流值数倍一般普通型SSR可按电流值的2/3选用增强型SSR可按厂商提供的参数选用在恶劣条件下的工业控制现场建议留有足够的电压、电流余量某些类型的灯在烧断瞬间会出现低阻抗气化和放电通道以及容性负载如切换电容器组或电容器电源会造成类似短路状态可在线路中进一步串联电阻或电感作为限流措施电机的开启和关闭也会产生较大的冲击电流和电压中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖动以及电容换向式电机换向时电容电压和电源电压的叠加会在SSR两端产生二倍电源的浪涌电压控制变压器初级时也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响此外变压器也有可能因为两个方向电流不对称造成饱和引起的浪涌电流异常现象上述情况使SSR在特殊负载的应用多少变得有点复杂可行的办法就是通过示波器去测量可能引起的浪涌电流和电压从而选用合适的SSR和保护措施应用实例
1.调压应用P型SSR调压可采用外配移相电路来实现例如TW-702控温仪的触发系统国产SDKC-05单电源调相集成电路见图2在计算机上通常采用PIO经驱动级的位控方式利用50Hz电网电源的过零中断经CTC计时控制导通角以达到调压之目的
2.交流调功应用“交流调功”是一种Z型SSR普遍采用的方法也能实现PID调节即在固定周期内控制交流正弦电流半波个数达到调功目的模拟电路常采用电压比较器将一个固定周期的锯齿电压和来自前级误差电压作比较输出方波实现调节如图3所示在计算机上采用计时算法产生占空比可调的方波脉冲击来实现例如__的SHI__DEW和OMRON公司的SR
22、FD
20、E5系列智能化控温产品配合Z型SSR实现自适应“自动翻转”控制即通过计算机产生扰动算出最佳PID控制参数
3.三相电流控制HS系列SSR产品可直接用于三相电机的控制最简单的方法是采用2只SSR作电机通断控制4只SSR作电机换相控制第三相不控制作为电机换向时应注意由于电机的运动惯性必须在电机停稳后才能换向以避免产生类似电机堵转情况引起的较大冲击电压和电流在控制电路设计上要注意任何时刻都不应产生换相SSR同时导通的可能性上下电时序应采用先加后断控制电路电源后加先断电机电源的时序换向SSR之间不能简单地采用反相器连接方式以避免在导通的SSR未关断另一相SSR导通引起的相间短路事故此外电机控制中的保险、缺相和温度继电器也是保证系统正常工作的保护装置鼎好电子网___.ic__de.com。