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固态继电器原理 固态继电器(SolidStateRelay,缩写SSR),是由微电子电路,分立电子器件,电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/54338.htm"\t"_blank"信号,达到直接驱动大HYPERLINK"http://baike.baidu.com/view/10897.htm"\t"_blank"电流负载。 市面上常见的固态继电器图1: 图1 固态继电器内部简单原理图:如图2 图2S型电路原理图 具体例子:如图3所示,当无信号输入时,光电耦合器中的光敏三极管是截止的,电阻R2为晶体管V1提供基极注入电流,使V1管饱和导通,它旁路了经由电阻R4流入可控硅V2的触发电流,故V2截止,这时晶体管V1经桥式整流电路而引入的电流很小。不足以使双向可控硅V3导通。 有信号时,光电耦合器中的光敏三极管就导通,但只有当交流负载电源电压接近零时,电压值较低,经过整流,R2和R3分压点上的电压不足以使晶体管V1导通。而整流电压却经过R4为可控硅V2提供了触发电流,故V2导通,这种状态相当于短路,电流很大,只要达到双向可控硅的导通值,V3便导通。一旦V3导通,不管输入信号是否存在.只有当电流过零时才能恢复关断。 上述触发过程仅出现在电压过零附近。因而若输入信号电压出现在过零触发点之后,当电阻R2和R3上的分压值早已超出晶体管V1导通需要的程度,V1导通。从而旁路了可控硅V2的触发电流。双向可控硅V3在负载电压的这个半波中不再触发,而只有在下半波的电压过零附近,若输入信号仍保留,便自然进入导通状态;若输入信号消失,则不能再导通。在零点附近有一个很小的区域称为死区,死区电压约为土10~15V。电阻R6(20Ώ)和Cl起浪涌抑制作用。 AC-SSR固态继电器的控制功率小,在最大输入电压下的最大输入电流为12~20mA,能被TTL或CMOS逻辑集成电路直接驱动,AC-SSR的输入电压多在3~32V,可靠的接通电压为5~6V。可靠关断电压在0.8V以下。AC-SSR能在工频电压下驱动上百安培的负载,具有很大的功率放大作用。 AC-SSR的转换时间不大于市电周期的一半(即10ms),而DC-SSR的响应时间小于几十微秒,比电磁继电器的速度提高近千倍。SSR对系统的干扰小,同时自身抗干扰的能力也强。它没有接点跳动,消除了因火花产生的干扰。另外,由于采用了过零触发技术,具有零电压、零电流断开的特性,从而有效地降低了线路中的电压、电流变化率,使它对外界的电磁干扰降到最低。此外,输入与输出之间的光电隔离,大大提高了其抗干扰的能力。SSR的不足之处是关断后有漏电流,另外,在过载能力方面不如电磁接触器。 图3电压过零型SSR原理图 RC吸收电路:不带RC时,绝大多数的光耦的抵抗群脉冲的能力都低于500V,基本上无法达到CE的标准。为此,设计人员改变电路结构和元件参数,方可满足客户的要求和CE的标准。实际应用证明,电容C1的介质损耗角和其温度特性对吸收电路影响较大。电阻R5除它的功率和热稳定参数外,它的阻值对EMC的性能影响也较大。通常C选用10~22nf,而R能常用10~100欧姆。 存在问题:由于光耦耐脉冲冲击的电性能不一,SSR继电器接入电机正反转线路,以及干扰电压的存,SSR会误导通,以至烧毁。过零的继电器也同样如此。理论上干扰电压是反电势和负载电压之和的根号2倍,但实际上干扰电压可达到负载电压的3-5倍,有时达到10倍。原因是电路的分布参数产生了LC并联谐振。虽然谐振电压的能量较小,高峰时持续的时间只有微秒级,SSR误导通,即光耦失效。 参考文献: [1]东北大学.机电控制技术[EB/OL].[2013-1-28].HYPERLINK"http://me.seu.edu.cn/jdkz/wlkc_6_03_4.html"http://me.seu.edu.cn/jdkz/wlkc_6_03_4.html. [2]固态继电器的EMC测试方法研究[EB/OL].[2013-1-28].http://wiki.eeworld.com.cn/dygl/2012/0430/article_11889_1.html.