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固态继电器的结构及其作业原理解析

本站为您提供的固态继电器的结构及其工作原理解析,固态继电器(SOLIDSTATERELAYS,以下简写成“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”。

  固态继电器(SOLIDSTATERELAYS,以下简写成“SSR”),是一种悉数由固态电子元件组成的新式无触点开关器材,它运用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器材)的开关特性,可到达无触点无火花地接通和断开电路的意图,因而又被称为“无触点开关”。固态继电器是一种四端有源器材,其间两个端子为输入操控端,别的两头为输出受控端。它既有扩大驱动效果,又有阻隔效果,很合适驱动大功率开关式执行机构,较之电磁继电器牢靠性更高,且无触点、寿数长、速度快,对外界的搅扰也小,已被得到广泛应用 。

  固态继电器的结构及其作业原理解析

  固态继电器是一种两个接线端为输入端,另两个接线端为输出端的四端器材,中心选用阻隔器材完结输入输出的电阻隔。固态继电器按负载电源类型可分为沟通型和直流型。按开关型式可分为常开型和常闭型。按阻隔型式可分为混合型、变压器阻隔型和光电阻隔型,以光电阻隔型为最多。

  固态继电器的结构:

  固态继电器由三部分组成:输入电路,阻隔(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,沟通输入电路和交直流输入电路三种。有些输入操控电路还具有与TTL/CMOS兼容,正负逻辑操控和反相等功用,能够便利的与TTL,MOS逻辑电路衔接。 关于操控电压固定的操控信号,选用阻性输入电路。操控电流确保在大于5mA。关于大的改变规模的操控信号(如3~32V)则选用恒流电路,确保在整个电压改变规模内电流在大于5mA牢靠作业。

  阻隔耦合:固态继电器的输入与输出电路的阻隔和耦合方法有光电耦合和变压器耦合两种:光电耦合一般运用光电二极管—光电三极管,光电二极管—双向光控可控 硅,光伏电池,完结操控侧与负载侧阻隔操控;高频变压器耦合是运用输入的操控信号发生的自激高频信号经耦合到次级,经检波整流,逻辑电路处理构成驱动信 号。

  输出电路:SSR的功率开关直接接入电源与负载端,完结对负载电源的通断切换。首要运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,沟通输出电路和交直流输出电路等方法。按负载类型,可分为直流固态继电器和沟通固态继电器。直流输出时可运用双极性器材或功率场效应 管,沟通输出时一般运用两个可控硅或一个双向可控硅。而沟通固态继电器又可分为单相沟通固态继电器和三相沟通固态继电器。沟通固态继电器,按导通与关断的 机遇,可分为随机型沟通固态继电器和过零型沟通固态继电器。

  固态继电器的结构及其作业原理解析

  固态继电器的结构及其作业原理解析

  怎么配用恰当的散热器

  除了额定电流1—5A直接装置在印刷线路板上的固态继电器以外,其他都应装备恰当的散热器,并且SSR底板与散热器之间要涂上导热硅脂,两者严密触摸,用螺丝拧紧。下面引荐一些标准SSR所用的散热器,给用户做参阅。跟着运用条件的不同,用户再做恰当的调整。

  怎么维护SSR

  A、过流维护。SSR是半导体功率器材,对温度改变极为活络,过流会使SSR损坏,一般运用快速熔断器。但要了解它的维护特性,知道其熔断电流与时刻的联络,正确挑选与SSR标称电流相适应的快熔。

  B、加RC吸收回路。加RC回路不光有避免过电压的效果,并且对改进dv/dt有长处。主张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、过热维护SSR过热,特性下降,轻则失控重则形成永久性损坏,主张在接近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,一般因电流改变率di/dt高而使SSR损坏。L电感量多大,这要依据体积巨细和本钱凹凸而定。

  固态继电器的作业原理:

  SSR按运用场合能够分红沟通型和直流型两大类,它们别离在沟通或直流电源上做负载的开关,不能混用。下面以沟通型的SSR为例来阐明它的作业原理,图1是它的作业原理框图,图1中的部件①~④构成沟通SSR的主体,从全体上看,SSR只需两个输入端(A和B)及两个输出端(C和D),是一种四端器材 。

  固态继电器的结构及其作业原理解析

  作业时只需在A、B上加上必定的操控信号,就能够操控C、D两头之间的“通”和“断”,完结“开关”的功用,其间耦合电路的功用是为A、B端输入的操控信号供给一个输入/输出端之间的通道,但又在电气上断开SSR中输入端和输出端之间的(电)联络,以避免输出端对输入端的影响,耦合电路用的元件是“光耦合器”,它动作活络、呼应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高;因为输入端的负载是发光二极管,这使SSR的输入端很简单做到与输入信号电平相匹配,在运用时可直接与计算机输出接口相接,即受“1”与“0”的逻辑电平操控。触发电路的功用是发生符合要求的触发信号,驱动开关电路④作业,但因为开关电路在不加特别操控电路时,将发生射频搅扰并以高次谐波或尖峰等污染电网,为此特设“过零操控电路”。所谓“过零”是指,当参加操控信号,沟通电压过零时,SSR即为通态;而当断开操控信号后,SSR要等候沟通电的正半周与负半周的接壤点(零电位)时,SSR才为断态。这种规划能避免高次谐波的搅扰和对电网的污染。吸收电路是为避免从电源中传来的尖峰、浪涌(电压)对开关器材双向可控硅管的冲击和搅扰(乃至误动作)而规划的,一般是用“R-C”串联吸收电路或非线性电阻(压敏电阻器)。

  过零触发型AC—SSR为四端器材,其内部电路如图1所示。1、2为输入端,3、4为输出端。R0为限流电阻,光耦合器将输入与输出电路在电气上阻隔开,V1构成反相器,R4、R5、V2和晶闸管V3组成过零检测电路,UR为双向整流桥,由V3和UR用以取得使双向晶闸管V4敞开的双向触发脉冲,R3、R7为分流电阻,别离用来维护V3和V4,R8和C组成浪涌吸收网络,以吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流,避免对开关电路发生冲击或搅扰。

  固态继电器的结构及其作业原理解析

  要指出的是所谓“过零”并非真的有必要是电源电压波形的零处,而一般是指在10~25V或-(10~25)V区域内进行触发,如图2所示。图中沟通电压分三个区域,Ⅰ区为-10V~+10V规模,称为死区,在此区域中参加输入信号时不能使SSR导通。Ⅱ区为10~25V和-(10~25)V规模,称为呼应区,在此区域内只需参加输入信号,SSR当即导通。Ⅲ区为幅值大于25V的规模,称为按捺区在此区域内参加输入信号,SSR的导通被按捺。

  固态继电器的结构及其作业原理解析

  当输入端未加电压信号时,光耦合器的光敏晶体管因未接纳光而截止,V1饱满,V3和V4因无触发电压而截止,此刻SSR封闭。当参加输入信号时,光耦合器中的发光二极管发光,光敏晶体管饱满,使V1截止。此刻若V3两头电压在-(10~25)V或10~25V规模内时,只需恰当挑选分压电阻R4和R5,就可使V2截止,这样使V3触发导通,然后使V 4的操控极上得到从R6→UR→V 3→UR→R7或反方向的触发脉冲,而使V4导通,使负载接通沟通电源。而若沟通电压波形在图2中的Ⅲ区内时,则因V2饱满而按捺V3和V4的导通,而使SSR被按捺,然后完结了过零触发操控。因为10~25V幅值与电源电压幅值比较可近似看作“零”。因而,一般就将过零电压粗略地界说为0~±25V,即以为在此区域内,只需参加输入信号,过零触发型AC—SSR都能导通。 当输入端电压信号撤消后,光耦合器中的光敏晶体管截止,V1饱满,V3截止,但此刻V4仍坚持导通,直到负载电流随电源电压减小到小于双向晶闸管的保持电流时,SSR才转为截止。 SSR的输出端器材可分为双向晶闸管和两只单向晶闸管反并联方法。若负载为电动机一类的理性负载,则其静态电压上升率dv/dt是一个重要参数。因为单向晶闸管静态电压上升率(200V/μs)大大高于双向晶闸管的换向目标(10V/μs),因而若选用两只大功率单向晶闸管反并联替代双向晶闸管,一方面可进步输出功率;另一方面也可进步耐浪涌电流的冲击才能,这种SSR称为增强型SSR。

  固态继电器的特色与好坏:

  固态继电器是具有阻隔功用的无触点电子开关,在开关过程中无机械触摸部件,继电器因而固态继电器除具有与电磁继电器相同的功用外,还具有逻辑电路兼容,耐振耐机械冲击,装置方位无限制,具有杰出的防潮防霉防腐蚀功用,在防爆和避免臭氧污染方面的功用也极佳,输入功率小,活络度高,操控功率小,电磁兼容性好,噪声低和作业频率高级特色。

  (1)SSR内部无机械部件,结构上选用了灌注全密封方法,因而,SSR具有耐振、耐腐蚀、长寿数及高牢靠等长处,其开关寿数高达1010万次;

  (2)低噪声:沟通型SSR选用了过零触发技能,因而在线路上有用地降低了电压上升速率dv/dt和电流上升速率di/dt值,使SSR长时间作业时对市电的搅扰极小;

  (3)开关时刻短,约为10ms,可应用在频率较高的场合;

  (4)输入电路与输出电路之间选用光电阻隔,绝缘电压2500V以上;

  (5)输入功耗很低,与TTL,COMS电路兼容;

  (6)输出端有维护电路;

  (7)负载才能强。

  7

  长处:

  (1)高寿数,高牢靠:固态继电器没有机械零部件,由固体器材完结触点功用,因为没有运动的零部件,因而能在高冲击,振荡的环境下作业,因为组成固态继电器的元器材的固有特性,决议了固态继电器的寿数长,牢靠性高。固态继电器。

  (2)活络度高,操控功率小,电磁兼容性好:固态继电器的输入电压规模较宽,驱动功率低,可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

  (3)快速转化:固态继电器因为选用固体器材,所以切换速度可从几毫秒至几微秒。

  (4)电磁搅扰小:固态继电器没有输入“线圈”,没有触点着弧和回跳,因而减少了电磁搅扰。大多数沟通输出固态继电器是一个零电压开关,在零电压处导通,零电流处关断,减少了电流波形的忽然中止,然后减少了开关瞬态效应。

  缺陷:

  (1)导通后的管压降大,可控硅或双向控硅的正向降压可达1~2V,大功率晶体管的饱满压降也在1~2V之间,一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的触摸电阻大。

  (2)半导体器材关断后仍可稀有微安至数毫安的漏电流,因而不能完结理想的电阻隔。

  (3)因为管压降大,导通后的功耗和发热量也大,大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器,本钱也较高。

  (4)电子元器材的温度特性和电子线路的抗搅扰才能较差,耐辐射才能也较差,如不采纳有用办法,则作业牢靠性低。

  (5)固态继电器对过载有较大的活络性,有必要用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过载维护。固态继电器的负载与环境温度显着有关,温度升高,负载才能将敏捷下降。

  (6)首要缺乏是存在通态压降(需相应散热办法),有断态漏电流,交直流不能通用,触点组数少,别的过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等目标差。

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