【導(dǎo)讀】固態(tài)繼電器簡稱SSR，是由分立電子器件、電力電子功率器件、微電子電路器件一起構(gòu)成的無觸點(diǎn)開關(guān)。固態(tài)繼電器用隔離器件就實(shí)現(xiàn)了控制端與負(fù)載端的隔離。本文就SSR固態(tài)繼電器的工作原理和常見問題，細(xì)說繼電器的二三事。
固態(tài)繼電器工作原理詳細(xì)介紹
SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式,可分為零壓型(Z)和調(diào)相型(P)兩種。在輸入端施加合適的控制信號(hào)VIN時(shí),P型SSR立即導(dǎo)通。當(dāng)VIN撤銷后,負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)(交流換向),SSR關(guān)斷。
Z型SSR內(nèi)部包括過零檢測(cè)電路,在施加輸入信號(hào)VIN時(shí),只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到過零區(qū)時(shí),SSR才能導(dǎo)通,并有可能造成電源半個(gè)周期的最大延時(shí)。Z型SSR關(guān)斷條件同P型,但由于負(fù)載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小,所以應(yīng)用廣泛。
有的公司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(qiáng)型(HS,采用單向可控硅元件)之分。當(dāng)加有感性負(fù)載時(shí),在輸入信號(hào)截止t1之前,雙向可控硅導(dǎo)通,電流滯后電源電壓90O(純感時(shí))。t1時(shí)刻,輸入控制信號(hào)撤銷,雙向可控硅在小于維持電流時(shí)關(guān)斷(t2),可控硅將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個(gè)電壓將通過雙向可控硅內(nèi)部的結(jié)電容,正反饋到柵極。如果超過雙向可控硅換向dv/dt指標(biāo)(典型值10V/s,將引起換向恢復(fù)時(shí)間長甚至失敗。
單向可控硅(增強(qiáng)型SSR)由于處在單極性工作狀態(tài),此時(shí)只受靜態(tài)電壓上升率所限制(典型值200V/s),因此增強(qiáng)型固態(tài)繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標(biāo)提高了520倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯(lián),改變了電流分配和導(dǎo)熱條件,提高了SSR輸出功率。
固態(tài)繼電器的應(yīng)用
固態(tài)繼電器是由固態(tài)元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)，具有工作安全可靠、壽命長、無觸點(diǎn)、無火花、無污染、高絕緣、高耐壓（越過2.5kv）、低觸發(fā)電流、開關(guān)速度快、可與數(shù)字電路巨配，以阻燃型環(huán)氧樹脂為原料，采用灌封技術(shù)，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動(dòng)等性能。固態(tài)繼電器內(nèi)部采用電壓過零時(shí)開啟，負(fù)載過零時(shí)關(guān)斷的特性，在負(fù)載上可以得到一個(gè)完整的正弦波形。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負(fù)載（如風(fēng)扇、三相電動(dòng)機(jī)等）的反電動(dòng)勢(shì)以及驅(qū)動(dòng)阻性負(fù)載（如白熾燈、發(fā)熱絲等）時(shí)可顯著降低浪涌電流等優(yōu)點(diǎn)。
S系列固態(tài)繼電器,HS系列增強(qiáng)型固態(tài)繼電器、可以廣泛用于:計(jì)算機(jī)外圍接口裝置,恒溫器和電阻爐控制、交流電機(jī)控制、中間繼電器和電磁閥控制、復(fù)印機(jī)和全自動(dòng)洗衣機(jī)控制、信號(hào)燈交通燈和閃爍器控制、照明和舞臺(tái)燈光控制、數(shù)控機(jī)械遙控系統(tǒng)、自動(dòng)消防和保安系統(tǒng)、大功率可控硅觸發(fā)和工業(yè)自動(dòng)化裝置等。
固態(tài)繼電器的基本特性
輸入信號(hào)能與計(jì)算機(jī)終端及數(shù)字邏輯電路兼容
設(shè)計(jì)余量≥160%表面貼裝技術(shù)。
電氣開關(guān)壽命大于6×107次。
分過零觸發(fā)和隨機(jī)觸發(fā)兩種規(guī)格。
發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)。
內(nèi)置阻容吸收回路。
三極可以根據(jù)用戶要求，增加缺相保護(hù)功能。
工作環(huán)境-20℃-80℃。
動(dòng)作應(yīng)答時(shí)間ON＜10ms/OFF。
固態(tài)繼電器的使用注意事項(xiàng)
1. 電阻性負(fù)載不能超過額定電流的60%。
2. 電感性或容性負(fù)載不能超過額定電流的40%，在控制感性負(fù)載時(shí)，一定要考慮負(fù)載的啟動(dòng)性，盡量選耐電壓高的產(chǎn)品，因?yàn)楦行载?fù)載有6倍左右 的反峰值電壓。
3. 固態(tài)繼電器導(dǎo)通時(shí)，兩端總有壓降，會(huì)產(chǎn)生焦耳熱尤其是大電流工作時(shí)更加突出，電流10A時(shí)必須加裝散熱器，電流大于40A時(shí)，需加風(fēng)扇強(qiáng)冷 或水冷。
4. 過流和負(fù)載短路可能造成SSR內(nèi)部可控硅永久性失效，所以必須加裝熔斷器或空氣開關(guān)，小容量可選用保險(xiǎn)絲。
5. 過壓保護(hù)可采用并聯(lián)壓敏電阻，根據(jù)用戶要求也可內(nèi)置壓敏電阻。
固態(tài)繼電器是半導(dǎo)體器件的組合裝置。它具有無觸點(diǎn)，壽命長，可靠性高，使用安全，電磁干擾小等優(yōu)點(diǎn)。
它分為直流固態(tài)（輸出用MOS管、IGBT等控制）和交流固態(tài)（輸出用可控硅控制）。
固態(tài)繼電器的常見問題
一、繼電器不斷開：
(1) 負(fù)載電流大于SSR的額定切換電流，這樣會(huì)使繼電器永久短路，此時(shí)應(yīng)使用額定電流較大的SSR。
(2) 在繼電器所處的環(huán)境溫度下，對(duì)于所承受的電流來說如散熱不良，會(huì)損壞輸出半導(dǎo)體器件，此時(shí)應(yīng)使用較大的或更有效的散熱片。
(3) 線電壓瞬變引起SSR輸出部分穿通，此時(shí)應(yīng)使用額定電壓較高的SSR或提供額外的瞬態(tài)保護(hù)電路。
(4) 使用的線電壓高于SSR的額定電壓。
二、切斷輸入后SSR才斷開：
在SSR應(yīng)該斷開的時(shí)候，測(cè)量輸入電壓，如果測(cè)得的電壓低于必須釋放電壓，表明斷電器的釋放電壓太低，應(yīng)更換繼電器如果測(cè)得的電壓高于SSR的必須釋放電壓，則是SSR輸入端前面的線路有問題，必須改正。
影響固態(tài)繼電器(SSR)電磁兼容(EMC)的因素是多方面的，諸如器件的選擇與搭配、電路原理、PCB 的布線和結(jié)構(gòu)等等。其中，交流光耦( 光電耦合器) 對(duì)EMC 參數(shù)的影響常常被忽略。其主要原因是對(duì)它們的應(yīng)用環(huán)境和要求了解較少，同時(shí)對(duì)EMC 的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備的使用和試驗(yàn)方法理解不夠。因此當(dāng)使用性能較差的器件和不合理的結(jié)構(gòu)時(shí)，固態(tài)繼電器的EMC 性能往往達(dá)不到國際上的一些標(biāo)準(zhǔn)( 如CE 等) 。
固態(tài)繼電器的EMC 標(biāo)準(zhǔn)
電磁兼容包含電磁輻射(Emission)和電磁抗干擾(Immunity)。對(duì)器件來說，歐洲客戶不要求做電磁測(cè)試( 個(gè)別有特殊要求的客戶除外) ，通常只要求按EN50082-2 標(biāo)準(zhǔn)即1995V EN61000-6-2 進(jìn)行測(cè)試。但最主要是測(cè)試ESD(EN61000-4-2);EFT/B(EN61000-4-4)和SURGE(EN61000-4-5)。在此要說明的是，如果客戶要求測(cè)試電磁輻射時(shí)，應(yīng)按EN50081-2 標(biāo)準(zhǔn)即2001V EN61000-6-4 進(jìn)行測(cè)試。本文只對(duì)SSR 的電磁抗干擾能力進(jìn)行測(cè)試和歸納。我們?cè)诙嗄昱c歐洲客戶交流中，他們提出最多的有如下要求：
(1) 要求EMC 做通用標(biāo)準(zhǔn)的電磁抗干擾能力的測(cè)試，即上述的ESD、EFT/B 和 Surge。其電壓等級(jí)分別為4kV的接觸放電和8kV 的空氣放電、1kV/5kHz 快速群脈沖擾動(dòng)和2 k V 浪涌沖擊，其它不做要求;
(2) 要求EMC 做通用標(biāo)準(zhǔn)的電磁抗干擾能力達(dá)到等級(jí)3 的測(cè)試，即ESD 和Surge 同上，而EFT/B 要求達(dá)到3kV/5kHz;
(3) 特殊要求:ESD 要求6kV/10kV 和EFT/B 為4kV
(4) 其他要求:除電磁抗干擾(Immunity)外，還要求電磁輻射(Emission)測(cè)試。
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