固態(tài)繼電器的應(yīng)用淺析

2.固態(tài)繼電器分類（按輸出負載電源分）

　　2.1交流固態(tài)繼電器
　　2.1.1按開關(guān)方式分
　　a.電壓過零導(dǎo)通型（簡稱過零型）b.電壓隨機導(dǎo)通型（簡稱隨機型）
　　2.1.2按輸出開關(guān)元件分
　　a.雙向可控硅輸出型b.單向可控硅反并聯(lián)型（增強型）
　　2.1.3按安裝方式分
　　a.焊針式：線路板用，一般為小電流規(guī)格B.裝置式：可配置散熱器安裝固定在金屬底板上，大電流規(guī)格
　　2.2直流固態(tài)繼電器
　　2.2.1按輸入端分
　　a.光隔離型　　b.高頻磁隔離，變壓器耦合
　　2.2.2按輸出端分
　　a.大功率三極管　　b.功率場效應(yīng)管
　　2.3交直流固態(tài)繼電器
　　a.光伏耦合器　　b.磁隔離

3. 典型交直流固態(tài)繼電器原理分析

　　3.1 交流固態(tài)繼電器（過零型）原理分析

　　固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路、隔離（耦合）和輸出電路組成，在輸入電路控制端加入信號后，IC1光電耦合器內(nèi)光敏三極管呈導(dǎo)通狀態(tài)，R1串接電阻對輸入信號進行限流，以保證光耦合器不致?lián)p壞。LED發(fā)光二極管指示輸入端控制信號，VD1可防止當輸入信號正負極性接反時以保護光耦I(lǐng)C1。

　　V1 在線路中起到交流電壓檢測作用，使固態(tài)繼電器在電壓過零時開啟、負載電流過零時關(guān)斷。當IC1光敏三極管截止時(控制端無信號輸入時)，V1通過R2獲得基極電流使之飽和導(dǎo)通,從而使 SCR可控硅門極觸發(fā)電壓UGT被箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)，最終導(dǎo)致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)。

　　當IC1光敏三極管導(dǎo)通時( 控制端有信號輸入時) ，SCR可控硅的工作狀態(tài)由交流電壓零點檢測三極管V1來確定其工作狀態(tài) 。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過零電壓時(VA＞VBE1)，V1處飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCR、BTA可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)；如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓小于過零電壓時（VA＞VBE1）V1處截止狀態(tài)，SCR可控硅通過R4獲得觸發(fā)信號而導(dǎo)通 ,從而使 BTA在R6上也獲得觸發(fā)信號也呈導(dǎo)通狀態(tài),對負載電源進行關(guān)斷控制。如此時控制端信號關(guān)斷后,負載電流也隨之減小至BTA雙向可控硅的維持電流IH時可自行關(guān)斷,切斷負載電源。

　　交流過零型固態(tài)繼電器，因有其電壓過零時開啟，負載電流過零時關(guān)斷的特性。它的最大接通、關(guān)斷時間是半個電源周期，在負載上可得到一個完整的正弦波形。也相應(yīng)的減少了對負載的沖擊。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。過零型與隨機型的工作波形圖分別見圖2和圖3。

　　在輸入控制回路中，電阻R1串接在IC1光電耦合器輸入端對其發(fā)光管進行限流保護，發(fā)光管LED對輸入控制信號給予指示，VD1對輸入端的反偏電壓進行保護。當控制端無信號輸入時，IC1光電耦合器中的光敏三極管呈截止高阻狀態(tài) ，V1通過R2獲得其基極電流使之飽和導(dǎo)通,從而導(dǎo)致 V2、V3、V4均處在截止狀態(tài)，使其固態(tài)繼電器呈關(guān)斷狀態(tài)。

　　當控制端有信號輸入時，IC1中光敏三極管導(dǎo)通，使 V1呈截止狀態(tài)，從而使V2、V3、V4導(dǎo)通使其固態(tài)繼電器呈接通狀態(tài)，并將電源加至負載上，直流固態(tài)繼電器的輸出端隨著輸入端信號的加入而導(dǎo)通，信號的消失而關(guān)斷。

　　另外，大功率低電壓的直流固態(tài)繼電器的輸出開關(guān)普遍采用功率場效應(yīng)管來替代功率三極管,以此來降低輸入功率。

4.選型使用時應(yīng)注意事項

　　4.1在選用小電流規(guī)格印刷電路板使用的固態(tài)繼電器時，因引線端子為高導(dǎo)熱材料制成,焊接時應(yīng)在溫度小于250℃、時間小于10S的條件下進行，如考慮周圍溫度的原因，必要時可考慮降額使用，一般將負載電流控制在額定值的 1/2以內(nèi)使用。

　　4.2各種負載浪涌特性對SSR的選擇

　　許多被控負載在接通瞬間會產(chǎn)生很大的浪涌電流，由于熱量來不及散發(fā)，很可能使SSR內(nèi)部可控硅損壞,所以用戶在選用繼電器時應(yīng)對被控負載的浪涌特性進行分析,然后再選擇繼電器。使繼電器在保證穩(wěn)態(tài)工作前提下能夠承受這個浪涌電流，選擇時可參考表2各種負載時的降額系數(shù)(常溫下)。

　　如所選用的繼電器需在工作較頻繁、壽命以及可靠性要求較高的場合工作時，則應(yīng)在表2的基礎(chǔ)上再乘以0.6以確保工作可靠。

　　一般在選用時遵循上述原則，在低電壓要求信號失真小可選用采用場效應(yīng)管作輸出器件的直流固態(tài)繼器；如對交流阻性負載和多數(shù)感性負載，可選用過零型繼電器，這樣可延長負載和繼電器壽命，也可減小自身的射頻干擾。如作為相位輸出控制時，應(yīng)選用隨機型固態(tài)繼電器。

　　4.3 使用環(huán)境溫度的影響

　　固態(tài)繼電器的負載能力受環(huán)境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過程中,應(yīng)保證其有良好的散熱條件，額定工作電流在10A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器，100A 以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器加風(fēng)扇強冷 。在安裝時應(yīng)注意繼電器底部與散熱器的良好接觸 ，并考慮涂適量導(dǎo)熱硅脂以達到最佳散熱效果。

　　如繼電器長期工作在高溫狀態(tài)下(40℃~80℃)時，用戶可根據(jù)廠家提供的最大輸出電流與環(huán)境溫度曲線數(shù)據(jù)，考慮降額使用來保證正常工作。

　　4.4 過流、過壓保護措施

　　在繼電器使用時，因過流和負載短路會造成SSR內(nèi)部輸出可控硅永久損壞 ,可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開關(guān)予以保護型(選擇繼電器應(yīng)選擇產(chǎn)品輸出保護,內(nèi)置壓敏電阻吸收回路和RC緩沖器,可吸收浪涌電壓和提高dv/dt耐量）；也可在繼電器輸出端并接 RC吸收回路和壓敏電阻(MOV)來實現(xiàn)輸出保護。選用原則是220V選用500V-600V壓敏電阻，380V時可選用800V-900V壓敏電阻。

　　4.5 繼電器輸入回路信號

　　在使用時因輸入電壓過高或輸入電流過大超出其規(guī)定的額定參數(shù)時,可考慮在輸入端串接分壓電阻或在輸入端口并接分流電阻,以使輸入信號不超過其額定參數(shù)值。

　　4.6 在具體使用時,控制信號和負載電源要求穩(wěn)定，波動不應(yīng)大于10%，否則應(yīng)采取穩(wěn)壓措施。

　　4.7 在安裝使用時應(yīng)遠離電磁干擾,射頻干擾源，以防繼電器誤動失控。

　　4.8 固態(tài)繼電器開路且負載端有電壓時,輸出端會有一定的漏電流，在使用或設(shè)計時應(yīng)注意。

　　4.9 固態(tài)繼電器失效更換時,應(yīng)盡量選用原型號或技術(shù)參數(shù)完全相同的產(chǎn)品，以便與原應(yīng)用線路匹配，保證系統(tǒng)的可靠工作。

參考文獻
1 李序葆編.電力電子器件及應(yīng)用.機械工業(yè)出版社，1996年