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百科全书大讲坛:细说SSR固态继电器的二三事

发布时间:2015-03-25 责任编辑:echolady

【导读】固态继电器简称SSR,是由分立电子器件、电力电子功率器件、微电子电路器件一起构成的无触点开关。固态继电器用隔离器件就实现了控制端与负载端的隔离。本文就SSR固态继电器的工作原理和常见问题,细说继电器的二三事。

固态继电器工作原理详细介绍

SSR固态继电器以触发形式,可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。在输入端施加合适的控制信号VIN时,P型SSR立即导通。当VIN撤销后,负载电流低于双向可控硅维持电流时(交流换向),SSR关断。

Z型SSR内部包括过零检测电路,在施加输入信号VIN时,只有当负载电源电压达到过零区时,SSR才能导通,并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型,但由于负载工作电流近似正弦波,高次谐波干扰小,所以应用广泛。

有的公司SSR由于采用输出器件不同,有普通型(S,采用双向可控硅元件)和增强型(HS,采用单向可控硅元件)之分。当加有感性负载时,在输入信号截止t1之前,双向可控硅导通,电流滞后电源电压90O(纯感时)。t1时刻,输入控制信号撤销,双向可控硅在小于维持电流时关断(t2),可控硅将承受电压上升率dv/dt很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容,正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向dv/dt指标(典型值10V/s,将引起换向恢复时间长甚至失败。

单向可控硅(增强型SSR)由于处在单极性工作状态,此时只受静态电压上升率所限制(典型值200V/s),因此增强型固态继电器HS系列比普通型SSR的换向dv/dt指标提高了520倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联,改变了电流分配和导热条件,提高了SSR输出功率。

固态继电器的应用


固态继电器是由固态元件组成的无触点开关,具有工作安全可靠、寿命长、无触点、无火花、无污染、高绝缘、高耐压(越过2.5kv)、低触发电流、开关速度快、可与数字电路巨配,以阻燃型环氧树脂为原料,采用灌封技术,使与外界隔离,具有良好的耐压、防潮、防腐、抗震动等性能。固态继电器内部采用电压过零时开启,负载过零时关断的特性,在负载上可以得到一个完整的正弦波形。因此电路的射频干扰很小,可降低感性负载(如风扇、三相电动机等)的反电动势以及驱动阻性负载(如白炽灯、发热丝等)时可显著降低浪涌电流等优点。

S系列固态继电器,HS系列增强型固态继电器、可以广泛用于:计算机外围接口装置,恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、复印机和全自动洗衣机控制、信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动化装置等。

固态继电器的基本特性

输入信号能与计算机终端及数字逻辑电路兼容

设计余量≥160%表面贴装技术。

电气开关寿命大于6×107次。

分过零触发和随机触发两种规格。

发光二极管指示工作状态。

内置阻容吸收回路。

三极可以根据用户要求,增加缺相保护功能。

工作环境-20℃-80℃。

动作应答时间ON<10ms/OFF。

固态继电器的使用注意事项

1. 电阻性负载不能超过额定电流的60%。

2. 电感性或容性负载不能超过额定电流的40%,在控制感性负载时,一定要考虑负载的启动性,尽量选耐电压高的产品,因为感性负载有6倍左右 的反峰值电压。

3. 固态继电器导通时,两端总有压降,会产生焦耳热尤其是大电流工作时更加突出,电流10A时必须加装散热器,电流大于40A时,需加风扇强冷 或水冷。

4. 过流和负载短路可能造成SSR内部可控硅永久性失效,所以必须加装熔断器或空气开关,小容量可选用保险丝。

5. 过压保护可采用并联压敏电阻,根据用户要求也可内置压敏电阻。

固态继电器是半导体器件的组合装置。它具有无触点,寿命长,可靠性高,使用安全,电磁干扰小等优点。

它分为直流固态(输出用MOS管、IGBT等控制)和交流固态(输出用可控硅控制)。

固态继电器的常见问题

一、继电器不断开:

(1) 负载电流大于SSR的额定切换电流,这样会使继电器永久短路,此时应使用额定电流较大的SSR。

(2) 在继电器所处的环境温度下,对于所承受的电流来说如散热不良,会损坏输出半导体器件,此时应使用较大的或更有效的散热片。

(3) 线电压瞬变引起SSR输出部分穿通,此时应使用额定电压较高的SSR或提供额外的瞬态保护电路。

(4) 使用的线电压高于SSR的额定电压。

二、切断输入后SSR才断开:

在SSR应该断开的时候,测量输入电压,如果测得的电压低于必须释放电压,表明断电器的释放电压太低,应更换继电器如果测得的电压高于SSR的必须释放电压,则是SSR输入端前面的线路有问题,必须改正。

影响固态继电器(SSR)电磁兼容(EMC)的因素是多方面的,诸如器件的选择与搭配、电路原理、PCB 的布线和结构等等。其中,交流光耦( 光电耦合器) 对EMC 参数的影响常常被忽略。其主要原因是对它们的应用环境和要求了解较少,同时对EMC 的标准,设备的使用和试验方法理解不够。因此当使用性能较差的器件和不合理的结构时,固态继电器的EMC 性能往往达不到国际上的一些标准( 如CE 等) 。

固态继电器的EMC 标准

电磁兼容包含电磁辐射(Emission)和电磁抗干扰(Immunity)。对器件来说,欧洲客户不要求做电磁测试( 个别有特殊要求的客户除外) ,通常只要求按EN50082-2 标准即1995V EN61000-6-2 进行测试。但最主要是测试ESD(EN61000-4-2);EFT/B(EN61000-4-4)和SURGE(EN61000-4-5)。在此要说明的是,如果客户要求测试电磁辐射时,应按EN50081-2 标准即2001V EN61000-6-4 进行测试。本文只对SSR 的电磁抗干扰能力进行测试和归纳。我们在多年与欧洲客户交流中,他们提出最多的有如下要求:

(1) 要求EMC 做通用标准的电磁抗干扰能力的测试,即上述的ESD、EFT/B 和 Surge。其电压等级分别为4kV的接触放电和8kV 的空气放电、1kV/5kHz 快速群脉冲扰动和2 k V 浪涌冲击,其它不做要求;

(2) 要求EMC 做通用标准的电磁抗干扰能力达到等级3 的测试,即ESD 和Surge 同上,而EFT/B 要求达到3kV/5kHz;

(3) 特殊要求:ESD 要求6kV/10kV 和EFT/B 为4kV

(4) 其他要求:除电磁抗干扰(Immunity)外,还要求电磁辐射(Emission)测试。

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