固态继电器原理分析.pdfVIP

固态继电器的分类与工作原理 固态继电器(Solid State Relays,缩写 SSR)是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固 定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路 (输入电路)与负载回路(输出电路) 的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。尽管市 场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相似的。主要由输入(控制) 电路，驱动电路和输出 (负载)电路三部分组成。 固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信 号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性 输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电 路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相 当宽的输入电压范围。 固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合 电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电耦合器有光－三极管、 光－双向可控硅、光－二极管阵列(光－伏)等。高频变压器耦合，是在一定的输入电压下， 形成约 10MHz 的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括 检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触 发信号。 固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路 主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。目前，各 种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管 (Transistor)、单向可控硅 (Thyristor或 SCR)、双向可控硅 (Triac)、MOS 场效应管 (MOSFET)、绝缘栅型双极晶体管 (IGBT)等。 固态继电器原理 固态继电器(Solidstate Relay, SSR)是一种由固态电子组件组成的新型无 触点开关，利用电子组件 （如开关三极管、双向可控硅等半导体组件）的开关特性，达到无 触点、无火花、而能接通和断开电路的目的，因此又被称为 “无触点开关”。相对于以往的 “线圈—簧片触点式”继电器(Electromechanical Relay, EMR)，SSR 没有任何可动的机械 零件，工作中也没有任何机械动作，具有超越 EMR 的优势，如反应快、可靠度高、寿命长 （SSR 的开关次数可达 108109 次，比一般EMR 的 106 高出百倍）、无动作噪声、耐震、耐机械冲 击、具有良好的防潮防霉防腐特性。这些特点使 SSR 在军事、化工、和各种工业民用电控设 备中均有广泛应用。固态继电器的控制信号所需的功率极低，因此可以用弱信号控制强电流。 同时交流型的SSR 采用过零触发技术，使 SSR 可以安全地用在计算机输出接口，不会像 EMR 那样产生一系列对计算机的干扰，甚至会导致严重当机。比较常用的是DIP 封装的型式。控 制电压和负载电压按使用场合可以分成交流和直流两大类，因此会有DC-AC、DC-DC、AC-AC、 AC-DC 四种型式，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用. 按负载电源的类型不同可将 SSR 分为交流固态继电器(AC—SSR)和直流固态继电器 (DC—SSR)。AC—SSR 是以双向晶闸管作为开关器件，用来接通或断开交流负载电源的固态 继电器。AC—SSR 的控制触发方式不同，又可分为过零触发型和随机导通型两种。过零触发 型 AC—SSR 是当控制信号输入后，在交流电源经过零电压附近时导通，故干扰很小。随机导 通型 AC—SSR 则是在交流电源的任一相位上导通或关断，因此在导通瞬间可能产生较大的干 扰。 1．2 工作原理 过零触发型 AC—SSR 为四端器件，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隔离开，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 用以获得使双向晶闸 管 V4 开启的双向触发脉冲，R3、R7 为分流电阻，分别用来保护 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，防止对开关电路产生冲击或干扰。 要指出的是所谓 “过零”并非真的必须是电源电压