固態(tài)繼電器原理及選型－杭州晶谷電子有限公司

固態(tài)繼電器的內(nèi)部原理:
1.光耦---可控硅
2.雙光耦---雙可控硅
3.光耦---雙向可控硅固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫(xiě)SSR)是一種無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來(lái)實(shí)現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離及信號(hào)耦合，由固態(tài)器件實(shí)現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無(wú)任何可動(dòng)部件。盡管市場(chǎng)上的固態(tài)繼電器型號(hào)規(guī)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(qū)動(dòng)電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。
固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號(hào)提供一個(gè)回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號(hào)源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個(gè)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(dá)到一定值時(shí)，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(dāng)寬的輸入電壓范圍。
固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號(hào)的控制下，實(shí)現(xiàn)固態(tài)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(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時(shí)還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)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(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。
固態(tài)繼電器選型
直流固態(tài)繼電器的控制電壓范圍通常為3.6~7V，其輸入電流典型值為7mA左右，可與TTL電路兼容。輸入可與CMOS電路兼容的固態(tài)繼電器，其輸入電流一般不超過(guò)250μA，但需加偏置電壓。
固態(tài)繼電器的輸出電壓通常是指加至繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電壓。而瞬態(tài)電壓則是指繼電器輸出端可以承受的最大電壓。在使用中，一定要保證加至繼電器輸出端的最大電壓峰值低于繼電器的瞬態(tài)電壓值。在切換交流感性負(fù)載、單相電機(jī)和三相電機(jī)負(fù)載，或這些負(fù)載電路上電時(shí)，繼電器輸出端可能出現(xiàn)兩倍于電源電壓峰值的電壓。對(duì)于此類負(fù)載，選型時(shí)應(yīng)給固態(tài)繼電器的輸出電壓留出一定余量。
對(duì)于感性負(fù)載和容性負(fù)載，當(dāng)交流固態(tài)繼電器在關(guān)斷時(shí)，有較大的dv/dt (電壓指數(shù)上升率)加至繼電器輸出端，為此應(yīng)選用dv/dt較高的固態(tài)繼電器。
固態(tài)繼電器的輸出電流通常是指流經(jīng)繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電流。但是由于感性負(fù)載、容性負(fù)載引起的浪涌電流問(wèn)題以及電源自身的浪涌電流問(wèn)題，在選型時(shí)應(yīng)當(dāng)給固態(tài)繼電器的輸出電流留出一定余量。
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(guò)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(guò)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。
株洲康普斯電子有限公司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(guò)雙向可控硅內(nèi)部的結(jié)電容,正反饋到柵極。如果超過(guò)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(zhǎng)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5　20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。
增強(qiáng)型SSR在大功率應(yīng)用場(chǎng)合,無(wú)論是感性負(fù)載還是阻性負(fù)載,耐電壓、耐電流沖擊及產(chǎn)品的可靠性,均超過(guò)普通固態(tài)繼電器,并達(dá)到了進(jìn)口產(chǎn)品的基本指標(biāo),是替代普通固態(tài)繼電器的更新產(chǎn)品。
固態(tài)繼電器的應(yīng)用
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。在應(yīng)用中需要考慮下述問(wèn)題。