固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关,在开关过程中无机械接触部件,因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外,还具有逻辑电路兼容,耐振耐机械冲击,安装位置无限制,具有良好的防潮防霉防腐蚀性能,在防爆和防止臭氧污染方面的性能也极佳,输入功率小,灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好,噪声低和工作频率高等特点。固态继电器专用的固态继电器可以具有短路保护,过载保护和过热保护功能,与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块,直接用于控制系统中。固态继电器目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制、数控机械,遥控系统、工业自动化装置;信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统;仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机;自动消防,保安系统,以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等,另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。[1]编辑本段组成 固态继电器由三部分组成:输入电路,隔离(耦合)和输出电路。
1、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。
2、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。
3、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。编辑本段工作原理 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。 固态继电器
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。编辑本段技术参数 固态继电器的关键技术参数有:
输入电压范围
在环境温度25'c下,固态继电器能够工作的输入电压范围。
输入电流
在输入电压范围内某一特定电压对应的输入电流值。
接通电压
在输入端加该电压或大于该电压值时,输出端确保导通。
关断电压
在输入端加该电压或小于该电压值时,输出端确保关断。
反极性电压
能够加在继电器输入端上,而不应起永久性破坏的最大允许反向电压。
额定输出电流
环境25'C时的最大稳态工作电流。
额定输出电压
能够承受的最大负载工作电压。
输出电压降
当继电器处于导通时,在额定输出电流下测得的输出端电压。
输出漏电流
当继电器处于关断状态施加额定输出电压时,流经负载的电流值。
接通时间
当继电器接通时,加输入电压到接通电压开始至输出达到其电压最终变化的90%为止之间的时间间隔。
关断时间
当继电器关断时,切除输入电压到关断电压开始至输出达到其电压最终变化的10%为止之间的时间间隔。
过零电压
对交流过零型固态继电器,输入端加入额定电压,能使继电器输出端导通的最大起始电压。
最大浪涌电压
继电器能承受的而不致造成永久性损坏的非重复浪涌(或过载)电流。
电器系统峰值
在继电器工作状态继电器输出端能够承受的最大迭加的瞬时峰值击穿电压。
电压指数上升率dv/dt
继电器的输出元件能够承受的不使其导通的电压上升率。
工作温度
继电器按规范安装或不安装散热板时,其正常工作的环境温度范围。编辑本段固态继电器的优缺点1、优点
(1)高寿命,高可靠:固态继电器没有机械零部件,由固体器件完成触点功能,由于没有运动的零部件,因此能在高冲击,振动的环境下工作,由于组成固态继电器的元器件的固有特性,决定了固态继电器的寿命长,可靠性高。 固态继电器
(2)灵敏度高,控制功率小,电磁兼容性好:固态继电器的输入电压范围较宽,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)快速转换:固态继电器因为采用固体器件,所以切换速度可从几毫秒至几微妙。