固态继电器的优缺点分析
21ic 2024-06-13

固态继电器由三部分组成:输入电路,隔离(耦合)和输出电路。

输入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,可以方便的与TTL,MOS逻辑电路连接。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。


隔离耦合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: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。

输出电路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(Thyristor或SCR),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。按负载类型,可分为直流固态继电器和交流固态继电器。直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管,交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向可控硅。而交流固态继电器又可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。交流固态继电器,按导通与关断的时机,可分为随机型交流固态继电器和过零型交流固态继电器。如何配用适当的散热器除了额定电流1—5A直接安装在印刷线路板上的固态继电器以外,其余都应配置适当的散热器,而且SSR底板与散热器之间要涂上导热硅脂,两者紧密接触,用螺丝拧紧。下面推荐一些规格SSR所用的散热器,给用户做参考。随着使用条件的不同,用户再做适当的调整。如何保护SSRA、过流保护。SSR是半导体功率器件,对温度变化极为敏感,过流会使SSR损坏,通常使用快速熔断器。但要了解它的保护特性,知道其熔断电流与时间的关系,正确选择与SSR标称电流相适应的快熔。B、加RC吸收回路。加RC回路不但有防止过电压的作用,而且对改善dv/dt有好处。建议R为20—100Ω,功率为2—5W,C为0.1—0.47uf,耐压为250—630v. SSR标称电流小R取上限100Ω,C取下限0.1uf,反之,R取小值,C取大值。C、过热保护SSR过热,特性下降,轻则失控重则造成永久性损坏,建议在靠近SSR底板处加装温控开关,温控点在75到80℃.D、在电感负载中串接电感L。在感应负载里,通常因电流变化率di/dt高而使SSR损坏。L电感量多大,这要根据体积大小和成本高低而定。

它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件,单相SSR为四端有源器件,其中两个输入控制端,两个输出端,输入输出间为光隔离,输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后,输出端就能从断态转变成通态。交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型(简称过零型)和随机导通型(简称随机型)按输出开关元件分有双向可控硅输出型(普通型)和单向可控硅反并联型(增强型)按安装方式分有印刷线路板上用的针插式(自然冷却,不必带散热器)和固定在金属底板上的装置式(靠散热器冷却)另外输入端又有宽范围输入(DC3~32V)的恒流源型和串电阻限流型等。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IN时,P型SSR立即导通。当IN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IN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。北京灵通电子公司的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5~20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。增强型SSR在大功率应用场合,无论是感性负载还是阻性负载,耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性,均超过普通固态继电器。如何使用户的驱动电路与SSR的输入特性相匹配一般来讲,SSR的输入控制电压为3.2—32V。控制电流为5—30mA. 通常1—25A的SSR输入回路不是恒流源电路,输入控制电压为4—16V。控制电流为5—20mA.较大额定电流的SSR输入电路均接有恒流源电路。输入控制电压在3.2—32V均可。在三相电路里,如果用户将三个SSR的输入端串联的话,那么希望提供大于12V的控制电压;如果将三个SSR的输入端并联使用的话,那么驱动电流要保证50mA。单个SSR使用,驱动电流不要设计在4—5mA 的临界状态下至少要大于6mA。

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