固态继电器技术及应用

固态继电器技术及应用

廖麒麟

关键词:固态继电器原理应用

固态继电器（SolidStateRelay）是国外70年代发展起来的一种新型的与逻辑电路及半导体电路兼容的固态继电器，它是传统的电磁式继电器及电磁式接触器的更新换代产品，固态继电器的绝缘及开关功能完全依靠电、磁及半导体的光电特性和电子元件来完成。几十年来，固态继电器虽然渗透到电磁式继电器的大部分应用领域，但仅在一小部分领域能完全取代。其主要应用于工业控制系统领域，尤其是过程控制、机械加工控制和能量管理控制等。

一、固态继电器的原理及结构

(一)概述

固态继电器(SOLIDSTATERELAYS),简写成“SSR”,是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件,它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)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,因此又被称为“无触点开关”。SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类,它们分别在交流或直流电源上做负载的开关,不能混用。直流型的SSR与交流型的SSR相比,无过零控制电路,也不必设置吸收电路,开关器件一般用大功率开关三极管,其它工作原理相同。

(二)固态继电器的特点

SSR成功地实现了弱信号(Vsr)对强电(输出端负载电压)的控制。由于光耦合器的应用,使控制信号所需的功率极低(约十余毫瓦就可正常工作),而且Vsr所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路兼容,可以实现直接联接。这使SSR

在数控和自控设备等方面得到广泛应用。在相当程度上可取代传统的“线圈-簧片触点式”继电器(简称“MER”)。SSR由于是全固态电子元件组成,与MER相比,它没有任何可动的机械部件,工作中也没有任何机械动作;SSR由电路的工作状态变换实现“通”和“断”的开关功能,没有电接触点,所以它有一系列MER不具备的优点,即工作高可靠、长寿命;无动作噪声;耐振耐机械冲击;安装位置无限

制;很容易用绝缘防水材料灌封做成全密封形式,而且具有良好的防潮防霉防腐性能;在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳。交流型SSR由于采用过零触发技术,因而可以使SSR安全地用在计算机输出接口上,不必为在接口上采用MER而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。

(三)主要参数与选用

功率固态继电器的特性参数包括输入和输出参数,根据输入电压参数值大小,可确定工作电压大小。如采用TTL或CMOS等逻辑电平控制时,最好采用有足够带载能力的低电平驱动,并尽可能使“0”电平低于0.8V。如在噪声很强的环境下工作,不能选用通、断电压值相差小的产品,必需选用通、断电压值相差大的产品,(如选接通电压为8V或12V的产品)这样不会因噪声干扰而造成控制失灵。

二、固态继电器的应用

(一)基本单元电路。稳定的阻性负载,为了防止输入电压超过额定值,需设置一限流电阻Rx;当负载为非稳定性负载或感性负载时,在输出回路中还应附加一个瞬态抑制电路,目的是保护固态继电器。通常措施是在继电器输出端加装RC吸收回路(例如:R=150Ω,C=0.5μF或R=39Ω,C=0.1μF),它可以有效的抑制加至继电器的瞬态电压和电压指数上升率dv/dt。在设计电路时,建议用户根据负载的有关参数和环境条件,认真计算和试验RC回路的选值。另一个常用的措施是在继电器输出端接入具有特定钳位电压的电压控制器件,如双向稳压二极管或压敏电阻(MOV)。压敏电阻电流值应按下式计算:Imov=(Vmax-Vmov)/ZS其中ZS为负载阻抗、电源阻抗以及线路阻抗之和,Vmax、Vmov分别为最高瞬态电压、压敏电阻的标称电压,对于常规的220V和380V的交流电源,推荐的压敏电阻的标称电压值分别为440～470V和760～810V。在交流感性负载上并联RC电路或电容,也可抑制加至SSR输出端的瞬态电压和电压指数上

升率。

(二)多功能控制电路。多组输出电路,当输入为“0”时,三极管BG截止,SSR1、SSR2、SSR3的输入端无输入电压,各自的输出端断开;当输入为“1”时,三极管BG导通,SSR1、SSR2、SSR3的输入端有输入电压,各自的输出端接通,因而达到了由一个输入端口控制多个输出端“通”、“断”的目的。单刀双掷控制电路,当输入为“0”时,三极管BG截止,SSR1输入端无输入电压,输出端断开,此时A点电压加到SSR2的输入端上(UAUDW应使SSR2输出端可靠接通),SSR2的输出端接通;当输入为“1”时,三极管BG导通,SSR1输入端有输入电压,输出端接通,此时A点虽有电压,但UA-UDW的电压值已不能使SSR2的输出端接通而处于断开状态,因而达到了“单刀双掷控制电路”的功能(注意:选择稳压二极管DW的稳压值时,应保证在导通的SSR1“+”端的电压不会使SSR2导通,同时又要兼顾到SSR1截止时期

“+”端的电压能使SSR2导通)。

(三)用计算机控制电机正反转的接口及驱动电路。计算机控制单相交流电机正反转的接口及驱动电路,在换向控制时,正反转之间的停滞时间应大于交流电源的1.5个周期(用一个“下降沿延时”电路来完成),以免换向太快而造成线间短路。电路中继电器要选用阻断电压高于600V和额定电压为380V以上的交流固态继电器。为了限制电机换向时电容器的放电电流,应在各回路中外加一只限流电阻Rx,其阻值和功率可按下式计算:Rx=0.2×VP/IR(Ω),P=Im2Rx。其中:VP—电源峰值电压(V);IR—固态继电器额定电流(A);Im—电机运转电流(A);P—限流电阻功率(W)。

(四)固态继电器的使用注意事项

1.由于固态继电器的触点是功率半导体器件，在通态时有降压，断态时有漏电流，因而不是最理想的开关。2.使用时必须加装散热器。3.交流固态继电器和直流固态继电器不能互换。4.使用时，不能负载短路，以免损坏固态继电器。

参考文献：

[1]张志刚.固态继电器及其在应用中一些问题的探讨[J].科苑论坛.2007(12).

[2]朱家国.固态继电器的技术特点和应用[J].软件.2008(1).

[3]博文.固态继电器[J].浙江电力.2007(3).