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固態繼電器原理與應用

來源:    作者:    發布時間:2011-06-10 09:34    瀏覽量:210

 交流固態繼電器SSR(Solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關,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,中間采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈沖信號,輸出端就能從關斷狀態轉變成導通狀態(無信號時呈阻斷狀態),從而控制較大負載。整個器件無可動部件及觸點,可實現相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能.
  
  由于固態繼電器是由固體元件組成的無觸點開關元件,所以與電磁繼電器相比具有工作可靠、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計算機等領域。
  
  SSR固態繼電器以觸發形式,可分為零壓型(Z)和調相型(P)兩種。在輸入端施加合適的控制信號VIN時,P型SSR立即導通。當VIN撤銷后,負載電流低于雙向可控硅維持電流時(交流換向),SSR關斷。
Z型SSR內部包括過零檢測電路,在施加輸入信號VIN時,只有當負載電源電壓達到過零區時,SSR才能導通,并有可能造成電源半個周期的最大延時。Z型SSR關斷條件同P型,但由于負載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小,所以應用廣泛。
  
  月盛固態繼電器SSR由于采用輸出器件不同,有普通型(S,采用雙向可控硅元件)和增強型(HS,采用單向可控硅元件)之分。當加有感性負載時,在輸入信號截止t1之前,雙向可控硅導通,電流滯后電源電壓90O(純感時)。t1時刻,輸入控制信號撤銷,雙向可控硅在小于維持電流時關斷(t2),可控硅將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個電壓將通過雙向可控硅內部的結電容,正反饋到柵極。如果超過雙向可控硅換向dv/dt指標(典型值10V/ s,將引起換向恢復時間長甚至失敗。
  
  單向可控硅(增強型SSR)由于處在單極性工作狀態,此時只受靜態電壓上升率所限制(典型值200V/ s),因此增強型固態繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標提高了5 20倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯,改變了電流分配和導熱條件,提高了SSR輸出功率。
增強型SSR在大功率應用場合,無論是感性負載還是阻性負載,耐電壓、耐電流沖擊及產品的可靠性,均超過普通固態繼電器,并達到了進口產品的基本指標,是替代普通固態繼電器的更新產品。
固態繼電器的應用
  
  SSR系列固態繼電器,TSR系列增強型固態繼電器、可以廣泛用于:計算機外圍接口裝置,恒溫器和電阻爐控制、交流電機控制、中間繼電器和電磁閥控制、復印機和全自動洗衣機控制、信號燈交通燈和閃爍器控制、照明和舞臺燈光控制、數控機械遙控系統、自動消防和保安系統、大功率可控硅觸發和工業自動化裝置等。在應用中需要考慮下述問題。
1.器件的發熱
  
  SSR在導通時,元件將承受P耗產生的熱耗,其中V有效值和I有效值分別為飽和壓降和工作電流的有效值。此時,需依據實際工作環境條件,嚴格參照額定工作電流時允許的外殼溫升(75℃),合理選用散熱器尺寸或降低電流使用,否則將因過熱引起失控,甚至造成產品損壞。
在線路板上使用,連續負載電流2 3A時,可選用SSR-2DA-P產品,5A時,可選用SSR-5DA封裝產品。10A以下,可采用散熱條件良好的儀器底板。10A以上,需配散熱器。30A以下,采用自然風冷,連續負載電流大于30A時,需采用儀器風扇強制風冷。
2.封裝和安裝形式
  
  線路板上用的的臥式型、立式型,體積小適用于印制板直接焊接安裝。立式型,既能適合于線路板焊接安裝,也能適用于線路板上插接安裝。方型,適合散熱器及儀器底板安裝。大功率SSR安裝時,應注意散熱器接觸面應平整,并需涂復導熱硅脂。

3.輸入端驅動
    SSR按輸入控制方式,可分為直流和交流輸入控制型。目前市場上主要提供的直流(3-32VDC)輸入型。如需使用其他控制的,月盛固態繼電器型號齊全可多方面選用。SSR輸入屬于電流型器件,當輸入端光耦可控硅完全導通后(微秒數量級),觸發功率可控硅導通。當激勵不足或斜波式的觸發電壓,有可能造成功率可控硅處于臨界導通邊緣,并造成主負載電流流經觸發回路引起的損壞。
    例如基本性能測試電路,輸入為可調電壓源,測試負載用100W燈泡,輸入觸發信號應為階躍邏輯電平,強觸發方式。國外廠商提供的器件標準電流為10mA,考慮到全溫度工作范圍(-40 +70℃),發光效率穩定和抗干擾能力,推薦最佳直流觸發工作電流在(12-25mA)之間.SSR輸入端可并聯或串聯驅動。串聯使用時,一個SSR按4V電壓考慮,12V電壓可驅動3個SSR。
4.干擾問題.
    SSR產品也是一種干擾源,導通時會通過負載產生輻射或電源線的射頻干擾,干擾程度隨負載大小而不同。白熾燈電阻類負載產生的干擾較小,零壓型在交流電源的過零區(即零電壓)附近導通,因此干擾也較小。減少的方法是在負載串聯電感線圈。另外,信號線與功率線之間,也應避免交叉干擾。
5.過流/過壓保護
    快速熔斷器和空氣開關,是通用的過電流保護方法。快速熔斷器可按額定工作電流的1.2倍選擇,一般小容量可選用保險絲。特別注意負載短路,是造成SSR產品損壞的主要原因。感性及容性負載,除內部RC電路保護外,建議采用壓敏電阻并聯在輸出端,作為組合保護。金屬氧化鋅壓敏電阻(MOV)面積大小決定吸收功率,厚度決定保護電壓值。交流220V的SSR,選用MYH12、430V、 12的壓敏電阻;380V選用MYH12、750V壓敏電阻;較大容量的電機變壓器應選用MYH20、24通流容量大的壓敏電阻。
6.關于負載的考慮
    SSR對一般的負載應是沒有問題的,但也必須考慮一些特殊的負載條件,以避免過大的沖擊電流和過電壓,對器件性能造成不必要的損壞。白熾燈、電爐等類的“冷阻”特性,造成開通瞬間的浪涌電流,超過額定工作電流值數倍。一般普通型SSR,可按電流值的3倍選用。增強型SSR,可按廠商提供的參數選用。在惡劣條件下的工業控制現場,建議留有足夠的電壓、電流余量。 購買前多咨詢廠家意見.
    某些類型的燈,在燒斷瞬間會出現低阻抗。氣化和放電通道以及容性負載,如切換電容器組或電容器電源,會造成類似短路狀態。可在線路中進一步串聯電阻或電感,作為限流措施。電機的開啟和關閉,也會產生較大的沖擊電流和電壓。中間繼電器、電磁閥吸合不可靠時引起的抖動,以及電容換向式電機換向時,電容電壓和電源電壓的疊加會在SSR兩端產生二倍電源的浪涌電壓。
    竞技竞猜下注控制變壓器初級時,也應考慮次級線路上的瞬態電壓對初級的影響。此外,變壓器也有可能因為兩個方向電流不對稱,造成飽和引起的浪涌電流異常現象。上述情況,使SSR在特殊負載的應用,多少變得有點復雜。可行的辦法,就是通過示波器去測量可能引起的浪涌電流和電壓,從而選用合適的SSR和保護措施,

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