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固态继电器简介及优缺点

固态继电器简介

对于控制电压固定的控制信号,采用阻性输入电路。控制电流保证在大于5mA。对于大的变化范围的控制信号(如3-32V)则采用恒流电路,保证在整个电压变化范围内电流在大于5mA可靠工作。隔离驱动电路:隔离电路采用光-电耦合和高频变压器耦合(磁电耦合),光电耦合通常使用光电二极管光电三极管,光电二极管双向光控可控硅,光伏电池,实现控制侧与负载侧隔离控制。高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级,经检波整流,逻辑电路处理形成驱动信号。SSR的功率开关直接接入电源与负载端,实现对负载电源的通断切换。主要使用有大功率晶体三极管(开关管-Transistor,单向可控硅(ThyristorSCR),双向可控硅Triac,功率场效应管(MOSFET,绝缘栅型双极晶体管(IGBT.固态继电器可以方便的与TTL,MOS逻辑电路连接。专用的固态继电器可以具有短路保护,过载保护和过热保护功能,与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块,直接用于控制系统中。

  固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关,在开关过程中无机械接触部件,因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外,还具有逻辑电路兼容,耐振耐机械冲击,安装位置无限制,具有良好的防潮防霉防腐蚀性能,在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳,输入功率小,灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好,噪声低和工作频率高等特点。目前已广泛应用于计算机外围接口设备,调温、调速、调光、电机控制、电炉加温控制、电力石化、医疗器械、金融设备、煤碳、仪器仪表、交通信号等领域。

二、固态继电器的组成

  固态继电器有三部分组成:输入电路,隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别,输入电路可分为直流输入电路,交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容,正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路,交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时,通常使用两个可控硅或一个双向可控硅,直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。

三、固态继电器的优缺点

1、固态继电器的优点

  (1)高寿命,高可靠:SSR没有机械零部件,有固体器件完成触点功能,由于没有运动的零部件,因此能在高冲击,振动的环境下工作,由于组成固态继电器的元器件的固有特性,决定了固态继电器的寿命长,可靠性高。

2)灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽,驱动功率低,可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

  (3)快速转换:固态继电器因为采用固体器件,所以切换速度可从几毫秒至几微妙。

  (4)电磁干扰小:固态继电器没有输入线圈,没有触点燃弧和回跳,因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关,在零电压处导通,零电流处关断,减少了电流波形的突然中断,从而减少了开关瞬态效应。

2、固态继电器的缺点

  (1)导通后的管压降大,可控硅或双相控硅的正向降压可达1~2V,大功率晶体管的饱和压降也在1~2V之间,一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

2)半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流,因此不能实现理想的电隔离。

  (3)由于管压降大,导通后的功耗和发热量也大,大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器,成本也较高。

  (4电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差,耐辐射能力也较差,如不采取有效措施,则工作可靠性低。

  (5)固态继电器对过载有较大的敏感性,必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关,温度升高,负载能力将迅速下降。

  (6)主要不足是存在通态压降(需相应散热措施),有断态漏电流,交直流不能通用,触点组数少,另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。

3。固态继电器注意事项

固态继电器的使用选型注意事项

1.在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时,因引线端子为高导热材料制成,焊接时应在温度小于250、时间小于10S的条件下进行,如考虑周围温度的原因,必要时可考虑降额使用,一般将负载电流控制在额定值的1/2以内使用。

2.各种负载浪涌特性对固态继电器SSR的选择

  被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流,由于热量来不及散发,很可能使SSR内部可控硅损坏,所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流,选择时可参考表2各种负载时的降额系数(常温下)

  如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时,则应在表2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。

  一般在选用时遵循上述原则,在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继器;如对交流阻性负载和多数感性负载,可选用过零型继电器,这样可延长负载和继电器寿命,也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时,应选用随机型固态继电器。

3.使用环境温度的影响

  固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大,在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件,额定工作电流在10A以上的产品应配散热器,100A以上的产品应配散热器加风扇强冷。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触,并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。

如继电器长期工作在高温状态下(40~80)时,用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据,考虑降额使用来保证正常工作。

4.过流、过压保护措施

  在继电器使用时,因过流和负载短路会造成SSR固态继电器内部输出可控硅永久损坏,可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护型(选择继电器应选择产品输出保护,内置压敏电阻吸收回路和RC缓冲器,可吸收浪涌电压和提高dv/dt耐量);也可在继电器输出端并接RC吸收回路和压敏电阻(MOV)来实现输出保护。选用原则是220V选用500V-600V压敏电阻,380V时可选用800V-900V压敏电阻。

5.继电器输入回路信号

  在使用时因输入电压过高或输入电流过大超出其规定的额定参数时,可考虑在输入端串接分压电阻或在输入端口并接分流电阻,以使输入信号不超过其额定参数值。

6在具体使用时,控制信号和负载电源要求稳定,波动不应大于10%,否则应采取稳压措施。

7.在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源,以防继电器误动失控。

8.固态继电器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流,在使用或设计时应注意。

9.固态继电器失效更换时,应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品,以便与原应用线路匹配,保证系统的可靠工作


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