固態繼電器工作原理詳細介紹

SSR固態繼電器以觸發形式,可分為零壓型(Z)和調相型(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。

有的公司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部的結電容,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,此時只受靜態電壓上升率所限制(典型值200V/s),因此增強型固態繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標提高了520倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯,改變了電流分配和導熱條件,提高了SSR輸出功率。

固態繼電器的應用

固態繼電器是由固態元件組成的無觸點開關，具有工作安全可靠、壽命長、無觸點、無火花、無污染、高絕緣、高耐壓（越過2.5kv）、低觸發電流、開關速度快、可與數字電路巨配，以阻燃型環氧樹脂為原料，采用灌封技術，使與外界隔離，具有良好的耐壓、防潮、防腐、抗震動等性能。固態繼電器內部采用電壓過零時開啟，負載過零時關斷的特性，在負載上可以得到一個完整的正弦波形。因此電路的射頻干擾很小，可降低感性負載（如風扇、三相電動機等）的反電動勢以及驅動阻性負載（如白熾燈、發熱絲等）時可顯著降低浪涌電流等優點。

S系列固態繼電器,HS系列增強型固態繼電器、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、數控機械遙控系統、自動消防和保安系統、大功率可控硅觸發和工業自動化裝置等。

固態繼電器的基本特性

輸入信號能與計算機終端及數字邏輯電路兼容

設計余量≥160%表面貼裝技術。

電氣開關壽命大于6×107次。

分過零觸發和隨機觸發兩種規格。

發光二極管指示工作狀態。

內置阻容吸收回路。

三極可以根據用戶要求，增加缺相保護功能。

工作環境-20℃-80℃。

動作應答時間ON＜10ms/OFF。

固態繼電器的使用注意事項

1. 電阻性負載不能超過額定電流的60%。

2. 電感性或容性負載不能超過額定電流的40%，在控制感性負載時，一定要考慮負載的啟動性，盡量選耐電壓高的產品，因為感性負載有6倍左右 的反峰值電壓。

3. 固態繼電器導通時，兩端總有壓降，會產生焦耳熱尤其是大電流工作時更加突出，電流10A時必須加裝散熱器，電流大于40A時，需加風扇強冷 或水冷。

4. 過流和負載短路可能造成SSR內部可控硅永久性失效，所以必須加裝熔斷器或空氣開關，小容量可選用保險絲。

5. 過壓保護可采用并聯壓敏電阻，根據用戶要求也可內置壓敏電阻。

固態繼電器是半導體器件的組合裝置。它具有無觸點，壽命長，可靠性高，使用安全，電磁干擾小等優點。

它分為直流固態（輸出用MOS管、IGBT等控制）和交流固態（輸出用可控硅控制）。

固態繼電器的常見問題

一、繼電器不斷開：

(1) 負載電流大于SSR的額定切換電流，這樣會使繼電器永久短路，此時應使用額定電流較大的SSR。

(2) 在繼電器所處的環境溫度下，對于所承受的電流來說如散熱不良，會損壞輸出半導體器件，此時應使用較大的或更有效的散熱片。

(3) 線電壓瞬變引起SSR輸出部分穿通，此時應使用額定電壓較高的SSR或提供額外的瞬態保護電路。

(4) 使用的線電壓高于SSR的額定電壓。

二、切斷輸入后SSR才斷開：

在SSR應該斷開的時候，測量輸入電壓，如果測得的電壓低于必須釋放電壓，表明斷電器的釋放電壓太低，應更換繼電器如果測得的電壓高于SSR的必須釋放電壓，則是SSR輸入端前面的線路有問題，必須改正。

影響固態繼電器(SSR)電磁兼容(EMC)的因素是多方面的，諸如器件的選擇與搭配、電路原理、PCB 的布線和結構等等。其中，交流光耦( 光電耦合器) 對EMC 參數的影響常常被忽略。其主要原因是對它們的應用環境和要求了解較少，同時對EMC 的標準，設備的使用和試驗方法理解不夠。因此當使用性能較差的器件和不合理的結構時，固態繼電器的EMC 性能往往達不到國際上的一些標準( 如CE 等) 。

固態繼電器的EMC 標準

電磁兼容包含電磁輻射(Emission)和電磁抗干擾(Immunity)。對器件來說，歐洲客戶不要求做電磁測試( 個別有特殊要求的客戶除外) ，通常只要求按EN50082-2 標準即1995V EN61000-6-2 進行測試。但最主要是測試ESD(EN61000-4-2);EFT/B(EN61000-4-4)和SURGE(EN61000-4-5)。在此要說明的是，如果客戶要求測試電磁輻射時，應按EN50081-2 標準即2001V EN61000-6-4 進行測試。本文只對SSR 的電磁抗干擾能力進行測試和歸納。我們在多年與歐洲客戶交流中，他們提出最多的有如下要求：

(1) 要求EMC 做通用標準的電磁抗干擾能力的測試，即上述的ESD、EFT/B 和 Surge。其電壓等級分別為4kV的接觸放電和8kV 的空氣放電、1kV/5kHz 快速群脈沖擾動和2 k V 浪涌沖擊，其它不做要求;

(2) 要求EMC 做通用標準的電磁抗干擾能力達到等級3 的測試，即ESD 和Surge 同上，而EFT/B 要求達到3kV/5kHz;

(3) 特殊要求:ESD 要求6kV/10kV 和EFT/B 為4kV

(4) 其他要求:除電磁抗干擾(Immunity)外，還要求電磁輻射(Emission)測試。

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