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1、1. 简介固态继电器Solid State Relay ,缩写SSR 是用别离的电子元器件、集成电路或芯 片及混合微电路技术结合开展起来的一种具有继电特性的无触点式电子开关.固态继电器具有隔离功能,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,在防爆和预防臭氧污染方面的性能也极佳,输入功率小,灵敏度高,限制功率小,电磁兼容性好,噪声低和工作频率高等特点.目前已广泛应用于计算机外围接口设备,调温、调速、调光、电机限制、电炉加温限制、电力石化、医疗器械、金融设备、煤碳、仪器仪表、交通信号等
2、领域.图1固态继电器2. 分类按不同的分类方式,可以分为不同的类型.开关方式a直流导通型b交流电压过零导通型输出开关元件a双向可控硅输出型b单向可控硅反并联型安装方式aPCB上用的插针型,如图1左边的即为插针型b固定在金属地板上的装置式,如图1右边的为装置式图2几种常见的外形限制电压的类型a直流b交流隔离方式a变压器隔离型b光隔离型c混合隔离型3. 结构及原理固态继电器的原理及结构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,不能混合使用.图3固态继电器的工作原理下面以交流型的 SSR为例来说明它的工作原理,图3是它的工作原理框图,图3中的部件-构成交流
3、SSR的主体,从整体上看,SSR只有两个输入端A和B及两个输出 端C和D,是一种四端器件.工作时只要在A、B上加上一定的限制信号,就可以限制C、D两端之间的通和断,实现开关的功能,其中耦合电路的功能是为A、B端输入的限制信号提供一个输入/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 联系,以预防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灵敏、响 应速度高、输入/输出端之间的绝缘耐压等级高；由于输入端的负载是发光二极管,这使 SSR的输入端很容易做到与输入信号电平相匹配,在使用可直接与计算机输出接口相接, 即受“ 1与“0的逻辑电平限制.触发电路的功能是产生符合
4、要求的触发信号,驱动开关电路工作,但由于开关电路在不加特殊限制电路时,将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网,为此特设 过零限制电路所谓 过零是指,当参加限制信号,交流电压过零时,SSR即为通态；而当断开限制信号后,SSR要等待交流电的正半周与负半周的交界点零电位时,SSR才为断态.这种设计能预防高次谐波的干扰和对电网的污染.吸收电路是为防 止从电源中传来的尖峰、浪涌电压对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰甚至误动作而设计的,一般是用 “-C串联吸收电路或非线性电阻压敏电阻器.图4一种固态继电器电路原理图4. 关键参数固态继电器的关键参数有如下这些：输入电压范围在环境温度25c下,固态继电器
5、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,输出端保证导通.关断电压在输入端加该电压或小于该电压值时,输出端保证关断.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25C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到达其电压最终变化的90%为止之间的时间间隔.关断时间当继电器关
6、断时,切除输入电压到关断电压开始至输出到达其电压最终变化的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.工作温度继电器按标准安装或不安装散热板时,其正常工作的环境温度范围.5. 优缺点固态继电器的优点:1高寿命,高可靠：固态继电器没有机械零部件,有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
7、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.2灵敏度高,限制功率小,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：固态继电器由于采用固体器件,所以切换速度可从几毫秒至几微妙.4电磁干扰小：固态继电器没有输入“线圈,没有触点燃弧和回跳,因而减少了电磁干扰.大多数交流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断,从而减少了开关瞬态效应.固态继电器的缺点：1导通后的管压降大,可控硅或双相控硅的正向降压可达12V,大功率晶体管的饱和压降也在12
8、V之间,一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大.2半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流,因此不能实现理想的电隔离.3由于管压降大,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电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰水平较差,耐辐射水平也较差,如不采取有效举措,那么工作可靠性低.5固态继电器对过载有较大的敏感性,必须用快速熔断器或 RC阻尼电路对其进行过载保护.固态继电器的负载与环境温度明显有关,温度升高,负载水平将迅速下降.6存在通态压降需相应散热举措,有断态漏电流,交直流不能通用,触点组数少, 另外过电流、过电压及电压上升率、电
9、流上升率等指标差.和电磁式继电器的比拟表1固态继电器和电磁式继电器的比拟工程类型固态继电器SSR电磁继电器EMR灵敏度输入电压范围宽,驱动功率低,可以限制电压窄,需要驱动电喝逻辑集成电路兼容不需要加缓冲路,灵敏度差,驱动功率器,具有高灵敏度、限制功率小的特般在几百mW.点.驱动功率30mW寿命及可靠性无机械运动零部件,可在冲击振动环境工作,有固态器件完成触电功能,具有寿命长、可靠性咼特点对冲击、振动环境较敏感、触电寿命较短、可靠性低切换速度切换速度快,几ms速度一般,一般大于10ms电磁干扰绝大多数交流输出固态继电器输出时一个零电压开关,射频干扰较小.因本身线圈以及触电限制会有较大的电磁干扰导
10、通压降导通压降大,断开有漏电流导通压降小、接触电阻小、断开无漏电流限制触电、通用性固态继电器一般为单刀单掷形式对外限制,如需要多组转换限制较难.交直流通用性差如对外进行多组限制较 易,可交直流通用,在开 关限制过程中常伴有及 ms到几十ms的抖动价格较为昂贵,一般10RMB廉价,1RMB的也有6. 选型主要根据应用场合,考虑以下几个方面：1、输入特性为了保证固态继电器的正常工作,必须考虑输入条件,通常输入电压为阶跃函数, 然而,如果输入电压是斜坡,就会出现半周循环现象,出现这种现象是由于开关半导体器件在正, 反触发时不完全对称, 因此,如果输入电压斜坡上升, 这种开关在负载为某一极性时就可能
11、处分,而当负载电压为反极性时就可能不处分,而出现半周导通现象, 这种现象将持续到输入量足以使输出完全导通为止.输入端出现的瞬态, 可以引起继电器误动, 尤其是当继电器响应时间等于或小于噪声脉 冲持续时间时,继电器就会导通,对输入信号进行滤波有助于减少这种现象.2、输出特性SSR给出的最大额定输出电流一般指常温下或常温到高温下的最大额定输出电流而且 对大于10A的继电器还指带有规定散热器时的最大额定输出电流.对于功率SSR,当工作温度上升或不带散热器时,最大输出电流相应下降.对此,各SSR均给出不带散热带规定5所示.散热器的输出电流与环境温度的关系曲线.这曲线又叫热降额曲线,如图01530455
12、07590环境温度图5.某固态继电器的热降额曲线7. 应用固态继电器目前已广泛应用于计算机外围接口装置,电炉加热恒温系统, 数控机械,遥控系统、工业自动化装置；信号灯、闪烁器、照明舞台灯光限制系统； 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.8. 其他问题发热问题如固态继电器过热, 轻那么失控,重那么造成永久性损坏,建议加装过热保护举措,通常的 做法是保证固态继电器的底板处温度不超过75-80 C.一般的温度保护电路就可以到达目的,比拟经济实惠的是在散热器上靠近SSR
13、底板处安装温控开关,温升到达限定温度时切断SSR输入信号.固态继电器工作时,在其内部芯片上存在一定的功率损耗, 这个损耗功率主要由固态继 电器输出电压降与负载电流乘积决定,以发热的形式消耗掉.因此散热的好坏直接影响到固态继电器工作的可靠性,优良的热学设计可预防由于散热不良造成的失败和损坏.一般而言,负载电流小于5A的固态继电器,利用空气对流散热即可 .要求安装在有良 好对流环境、两个固态继电器间距离大于一个固态继电器的宽度.电流大于10A的固态继电器应加装散热器,对于负载电流大于 40A的固态继电器,根据设计体积大小,必要时要使用风冷或水冷.是否可以将多个SSR进行并联答案是否认的,没有方法能
14、保证两个或多个继电器并联使用时,会同时接通.每一个继电器,输出端都需要一个最小电压才能起作用.光电隔离特性,触点实际上是开关电路来供电.一个继电器先接通时,第二个继电器会失去导通电压,这样它就不会接通了,至少要等到第一个继电器不再携带很大电流时才导通.是否可以使用DC SSR可以用来限制模拟信号可以,但不推荐使用,原因很多.首先,继电器压降将会导致信号丧失.其次,操作电压和电流较低时,SSR导通特点是非线性.使用机械继电器,效果会更好.如何对SSR进行测试使用测试机械继电器同样方法对 SSR进行测试是不可能.典型 SSR放置输出负载端 欧姆表会产生无限大阻抗.原因很多.首先,SSR需要较小功率
15、驱动,功率从放置负载端任何电压源获取.典型万用表缺乏以提供足够大电压使继电器改变状态.其次,AC SSR包含过零电路.存零电位将不会改变状态.多数测试设备将会提供直流电压,继电器将不会过零,不会改变状态.要测试 SSR,最好实际使用开关电路电压下进行测试,用来驱动负载, 例如一个大电灯泡.附录A几款固态继电器的外形附录B某款SSD的产品说明书Solid State RelayI .IntroductionSolid State Relay (SSR), a new con trol relay without con tact switch, spri ngs up sincerecent y
16、ears. Compared with the traditional electromagneticrelay, the solid staterelay is no con tact, no spark, no iseless, no electromag neticin terfere nee, reliable,long life, anti-interferenee, fast switching and easy-use and so on. As a result, it has widely usage, such as, in put & output in terfaces
17、 on computers or programmable controller, thermostat oven heating equipment,CNC machinery,remote controlsystems, in dustrial automatio n equipme nt, lights, traffic lights, stage lighti ng con trol equipme nt, in strume ntati on, medical equipme nt, copy or prin ti ng mach in es, inject ion moldi ng
18、 mach in es. Especially in some special equipme nts or poor work ing con diti ons where it n eeds shock-proof, corrosi on-resista nt, moisture-proof, explosi on-proof, SSR is in comparable superiority compared with the traditi onal electromag netic relay.n . Ordering guidein . Technical datacontrol
19、voltage range3V-32VDC70-250VACrated loadvoltage range220V/380VIn put circuitturn-off voltage min1VDC minOutput circuitoutput voltage drop1.8V maxturn-o n curre nt5mAoff-state leakage curre nt10mA maxcontrolVturn-o n/offw 11mscurre ntmax25mAtime maxOutput protect ion (voltage)Built-in RC bufferIsolat
20、i on resista nee100MQ min(500VDC)Dielectric Stre ngth2000VAC 50Hz/minCooli ng con diti ons10-25A add a radiator, above 25A add fanOperati ng temperature-20 C +80 C (non-frozen)Operati ngcurre ntsecuritycoefficie ntresistive 60%, i nductive40%The worki ng in dicatorLEDIn stallati onBolt fixedWeightIV
21、. ApplicationAC SSR c rcuitoINPUT3-32VDCSSR FW&BVV C fcu t LOADI幻SSROUTPUT 220VAC0DC SSR circuitINPVT3-32VDCLOADOUTPUT MOV ACthree-phase SSR Load Centro) ConneetianAC /oltagt? rtjulator c rcuitLU ADOLTTPUT 220VAC itrciu- i： i SS-i CW & BW CciinoclioiCiV . Cautions1. Do not make the load short-circui
22、t to avoid burning on solid state relay, recommendfast fuse.2. Far away from the heat source, electromag netic and RF in terfere nee, they shouldbe sufficie nt space and the radiator temperature should not exceed 75.3. When added a radiator, they con tact surface should be in close and be coated wit
23、h thermal grease to reduce thermal resista nee and improve the cooli ng effect.4. Please pay attention to the leakage current when solid state relay is shut down.5. In Ion g-term operati on, the work ing curre nt should be less tha n 70%. When it isin ductive load, you are recomme nded to add varist
24、or.6. Resistive regulator is not suitable for occasi ons as follows:AC motor con trol;Require a full sine wave in put con diti on;Require zero-output con diti on;The phase modulation waveform occasions as well as rectifier circuit;The place where produces radio frequency interferenee (load circuit i
25、n series an in ductor, which reduces in terfere nee);The shield wire with a metal tube or shield;This product is non isolati on type (in put and output), it n eeds to no tice the isolati onof potentiometer and wire voltage, pay attention to safety during the installing.W . Load current derating coefficient tabletyResistheIncandeElectromTransfoMopanceatescentagnetrmertorer