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SSR)是一種無觸點電子開關，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡和芯片，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負載回路(輸出電路)的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。盡管市場上的固態(tài)繼電器型號規(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)動電路和輸出(負載)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提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。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，在輸入電壓達到一定值時，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)信號的控制下，實現(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場效應管(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。在切換交流感性負載、單相電機和三相電機負載，或這些負載電路上電時，繼電器輸出端可能出現(xiàn)兩倍于電源電壓峰值的電壓。對于此類負載，選型時應給固態(tài)繼電器的輸出電壓留出一定余量。
對于感性負載和容性負載，當交流固態(tài)繼電器在關斷時，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。但是由于感性負載、容性負載引起的浪涌電流問題以及電源自身的浪涌電流問題，在選型時應當給固態(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(nèi)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(qū)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。
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(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(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(tài),此時只受靜態(tài)電壓上升率所限制(典型值200V/　s),因此增強型固態(tài)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(lián),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(chǎn)品的可靠性,均超過普通固態(tài)繼電器,并達到了進口產(chǎn)品的基本指標,是替代普通固態(tài)繼電器的更新產(chǎn)品。
固態(tài)繼電器的應用
S系列固態(tài)繼電器,HS系列增強型固態(tài)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(shù)控機械遙控系統(tǒng)、自動消防和保安系統(tǒng)、大功率可控硅觸發(fā)和工業(yè)自動化裝置等。在應用中需要考慮下述問題。