固态继电器应用.doc

固态继电器是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。为实现输入和输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专业光电耦合器。当施加输入信号后，其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用电磁继电器一样的作用。其封装形式也和传统电磁继电器基本相同。它问世于70年代，由于它的无触点工作特性，使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。 固体继电器的主要优点 （1） 无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故障，可靠性高；（2） 无燃弧触点，无触点间的火花、电弧，无触点抖动和磨损，对外干扰小；（3） 开关速度迅速，动作时间可达10-3S以下；（4） 灵敏度高，控制功率小，可达10-3以下，能很好地和TTL、CMOS电路兼容；（5） 抗冲击振动性能优良，容易实现“零”压切换；（6） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳；（7） 半导体器件作为开关工作，寿命长；（8） 易实现附加作用。正因为SSR具有上述突出优点，其应用在不断扩大。和电磁断电器相比，SSR有以下弱点：（1） 固体“触点”导通时有一定的压降，可达1-2V，消耗一定的功率，直接影响SSR所控制的最大负电流和所允许的最高环境温度，过载能力差，易导致热损坏；（2） 固体“触点”断开时存在一定的漏电流，使输出回路不能真正断电；（3） 易受温度和幅射影响，参数稳定性能差。由于它对瞬态失误极敏感，有时要求附加保护器件；（4） 一般来说，体积比机电式继电器大，价格贵，对功率负载，还要加装散热片，进一步增加了空间和成本；（5） 实现多组和多组转换较为困难；（6） 直流SSR一般分正极和负极输出端，使用中通用性差；（7） 通、断阻抗比远小于有触点开关，抗干扰能力差。这些弱点的存在，使SSR的应用在一些方面受到限制。因而，SSR和机电继电器将会较长期共存，互为补充、相互促进、结合发展，两者将以各自的独特的优点，在其最适合的领域里得到广泛的应用。固体继电器使用中应注意的问题 SSR性能参数测试时应注意以下几点：（1）测试直流SSR接通和关断电压时，输入电压不能长时间处于接通和关断之间，否则输出端功耗急剧上升，容易烧坏输出开关元件。（2）测试中不要随意加快动作速率（一般输入信号的一个周期长应为接通和关断时间之和的10倍以上）,否则因动态开关损耗大无法工作，甚至烧坏输出开关元件。（3）测试时，首先要了解输出电流和壳温（环境温度）之间的关系曲线（壳温上升或不带散热器时额定输出电流会下降），避免过载引起永久性失效。（4）SSR在关断状态下输出两端不能实现完全的隔离，存在一定的漏电流,在较高电压下测试介质耐压和绝缘电阻在使用时，易发生触电事故。输出两端绝不可测试绝缘电阻或耐压。SSR使用中应注意的问题（1）在实际使用时，必须使产品的实际使用条件完全符合产品各项参数和特性曲线的要求。（2）SSR受温度影响较大，使用时要考虑好散热(一般负载电流5A时应装散热片)，当环境温度高时，SSR的负载能力必然相应下降，因此选用SSR时须留有一定的余量。 请登陆:输配电设备网 浏览更多信息（3）当继电器处于导通状态时，将承受P=V（管压降）I（负载）的耗散功率。因此必须根据实际工作环境，合理选用散热器的尺寸或降低负载电流使用。（4）SSR不允许过压过流工作。由于白炽灯、电炉等负载的“冷阻”特性，将导致开通瞬间的浪涌电流（一般为额定负载电流的7倍或更大）。对此类负载，负载能力应留有充分的余量。（5）在实际运行中负载短路极易造成继电器损坏。应采用快速熔断器和空气开关保护，避免因负载短路造成继电器损坏。（6）输入工作电压的波动系数应保证在5%以内。（7）为了确保继电器正常工作，环境温度较低时应适当增大输入电流，温度较高时应适当减小输入电流值。（8）若输入电压过高，接近或超过极限时，可外接限流电阻。（9）若用IC直接驱动继电器输入时，应有足够的负载能力和尽可能低的“0”电平输入。输出端工作条件：为确保SSR可靠工作，必须正确使用继电器的最大极限参数和采取必要的保护方法。（1） 峰值电压选择：对于不同性质的负载应正确选择继电器的最大峰值电压。电感负载：应选取线路电压（有效值）的2-3倍。纯电阻负载：应选取线路电压（有效值）的1.5-2倍。（2） 输出端RC浪涌吸收回路：继电器的内部装有RC浪涌吸收网络。可根据实际需要外接RC吸收网络。（3） 电源端使用RC浪涌吸收回路：以消除电网在切换时产生的瞬变电压对继电器造成的损坏。（4） SSR开路时，开路电阻不是无穷大，产生一定的漏电流，设计线路时要注意到。固体继电器工作原理 尽管市场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相似的。主要由输入(控制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、作用电路和触发电路三部分。隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光三极管、光双向可控硅、光二极管阵列(光伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下，形成约10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。作用电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种作用电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管(Transistor)、单向可控硅(Thyristor或SCR)、双向可控硅(Triac)、MOS场效应管(MOSFET)、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。固体继电器市场展望 由于寿命长、反应时间快、可靠性高及控制切换功耗低，固体继电器在全球继电器市场中的地位越来越突出。固体继电器制造商也将研发(R&D)的重点放在了可和机电继电器竞争的型号上。固态继电器：机电继电器可行的替代品通过降低成本及改进封装，同时增强作用及性能，固体继电器可以作为机电继电器可行的替代品。根据投资发展公司(VDC)提供的数据，固体继电器(SSR)占有全球继电器市场10%以上的份额。市场调查公司预测，由于机电继电器和固体继电器的价格差距缩小，这一份额可能还将大幅提高。尽管机电继电器仍处于支配地位，但SSR正迅速成为许多应用的首选，特别是通信及微处理器控制应用领域。由于尺寸小且动作无声，SSR正在广泛应用于家电以及工业领域。家电非常普遍的负载电流是0.1A，但仅有少数SSR适于这种应用。因此日本制造商一直在开发更大负载电流的SSR。夏普(Sharp)公司开发出导通状态有效电流为0.3A的低成本SSR。Sharp公司推出的PR23MF11NSZ固体继电器的价格几乎和机电继电器相同。这种DIL(数字集成逻辑)产品尺寸为9.7mm3.5mm，占据的空间比大部分机电继电器低50%，且占空度比机电继电器低75%，和机电继电器相比，它的功耗更低，约为0.1W。通信领域应用的增长，刺激了制造商去开发动作更快、功率更高的小型固体继电器。日本富士通元件(FujitsuComponent)公司