固態(tài)繼電器構(gòu)成及原理

固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。

輸入電路按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能，可以方便的與TTL,MOS邏輯電路連接。對(duì)于控制電壓固定的控制信號(hào)，采用阻性輸入電路。控制電流保證在大于5mA。對(duì)于大的變化范圍的控制信號(hào)(如3~32V)則采用恒流電路，保證在整個(gè)電壓變化范圍內(nèi)電流在大于5mA可靠工作。

隔離耦合固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種：光電耦合通常使用光電二極管—光電三極管，光電二極管—雙向光控可控硅，光伏電池，實(shí)現(xiàn)控制側(cè)與負(fù)載側(cè)隔離控制;高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號(hào)產(chǎn)生的自激高頻信號(hào)經(jīng)耦合到次級(jí)，經(jīng)檢波整流，邏輯電路處理形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

輸出電路SSR的功率開(kāi)關(guān)直接接入電源與負(fù)載端，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管(開(kāi)關(guān)管-Transistor)，單向可控硅(Thyristor或SCR)，雙向可控硅(Triac)，功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)，絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。按負(fù)載類型，可分為直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼電器。直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管，交流輸出時(shí)通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅。而交流固態(tài)繼電器又可分為單相交流固態(tài)繼電器和三相交流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器，按導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)機(jī)，可分為隨機(jī)型交流固態(tài)繼電器和過(guò)零型交流固態(tài)繼電器。如何配用適當(dāng)?shù)纳崞鞒祟~定電流1—5A直接安裝在印刷線路板上的固態(tài)繼電器以外，其余都應(yīng)配置適當(dāng)?shù)纳崞鳎襍SR底板與散熱器之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，兩者緊密接觸，用螺絲擰緊。下面推薦一些規(guī)格SSR所用的散熱器，給用戶做參考。隨著使用條件的不同，用戶再做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。如何保護(hù)SSRA、過(guò)流保護(hù)。SSR是半導(dǎo)體功率器件，對(duì)溫度變化極為敏感，過(guò)流會(huì)使SSR損壞，通常使用快速熔斷器。但要了解它的保護(hù)特性，知道其熔斷電流與時(shí)間的關(guān)系，正確選擇與SSR標(biāo)稱電流相適應(yīng)的快熔。B、加RC吸收回路。加RC回路不但有防止過(guò)電壓的作用，而且對(duì)改善dv/dt有好處。建議R為20—100Ω，功率為2—5W，C為0.1—0.47uf,耐壓為250—630v. SSR標(biāo)稱電流小R取上限100Ω，C取下限0.1uf,反之，R取小值，C取大值。C、過(guò)熱保護(hù)SSR過(guò)熱，特性下降，輕則失控重則造成永久性損壞，建議在靠近SSR底板處加裝溫控開(kāi)關(guān)，溫控點(diǎn)在75到80℃.D、在電感負(fù)載中串接電感L。在感應(yīng)負(fù)載里，通常因電流變化率di/dt高而使SSR損壞。L電感量多大，這要根據(jù)體積大小和成本高低而定。

它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號(hào)到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。交流固態(tài)繼電器按開(kāi)關(guān)方式分有電壓過(guò)零導(dǎo)通型(簡(jiǎn)稱過(guò)零型)和隨機(jī)導(dǎo)通型(簡(jiǎn)稱隨機(jī)型)按輸出開(kāi)關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型(普通型)和單向可控硅反并聯(lián)型(增強(qiáng)型)按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式(自然冷卻，不必帶散熱器)和固定在金屬底板上的裝置式(靠散熱器冷卻)另外輸入端又有寬范圍輸入(DC3~32V)的恒流源型和串電阻限流型等。SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式，可分為零壓型(Z)和調(diào)相型(P)兩種。在輸入端施加合適的控制信號(hào)IN時(shí)，P型SSR立即導(dǎo)通。當(dāng)IN撤銷后，負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)(交流換向)，SSR關(guān)斷。Z型SSR內(nèi)部包括過(guò)零檢測(cè)電路，在施加輸入信號(hào)IN時(shí)，只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到過(guò)零區(qū)時(shí)，SSR才能導(dǎo)通，并有可能造成電源半個(gè)周期的最大延時(shí)。Z型SSR關(guān)斷條件同P型，但由于負(fù)載工作電流近似正弦波，高次諧波干擾小，所以應(yīng)用廣泛。北京靈通電子公司的SSR由于采用輸出器件不同，有普通型(S，采用雙向可控硅元件)和增強(qiáng)型(HS，采用單向可控硅元件)之分。當(dāng)加有感性負(fù)載時(shí)，在輸入信號(hào)截止t1之前，雙向可控硅導(dǎo)通，電流滯后電源電壓90O(純感時(shí))。t1時(shí)刻，輸入控制信號(hào)撤銷，雙向可控硅在小于維持電流時(shí)關(guān)斷(t2)，可控硅將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個(gè)電壓將通過(guò)雙向可控硅內(nèi)部的結(jié)電容，正反饋到柵極。如果超過(guò)雙向可控硅換向dv/dt指標(biāo)(典型值10V/ s，將引起換向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)甚至失敗。單向可控硅(增強(qiáng)型SSR)由于處在單極性工作狀態(tài)，此時(shí)只受靜態(tài)電壓上升率所限制(典型值200V/　s)，因此 增強(qiáng)型固態(tài)繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標(biāo)提高了5~20倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯(lián)，改變了電流分配和導(dǎo)熱條件，提高了SSR輸出功率。增強(qiáng)型SSR在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，無(wú)論是感性負(fù)載還是阻性負(fù)載，耐電壓、耐電流沖擊及產(chǎn)品的可靠性，均超過(guò)普通固態(tài)繼電器。如何使用戶的驅(qū)動(dòng)電路與SSR的輸入特性相匹配一般來(lái)講，SSR的輸入控制電壓為3.2—32V。控制電流為5—30mA. 通常1—25A的SSR輸入回路不是恒流源電路，輸入控制電壓為4—16V。控制電流為5—20mA.較大額定電流的SSR輸入電路均接有恒流源電路。輸入控制電壓在3.2—32V均可。在三相電路里，如果用戶將三個(gè)SSR的輸入端串聯(lián)的話，那么希望提供大于12V的控制電壓;如果將三個(gè)SSR的輸入端并聯(lián)使用的話，那么驅(qū)動(dòng)電流要保證50mA。單個(gè)SSR使用，驅(qū)動(dòng)電流不要設(shè)計(jì)在4—5mA 的臨界狀態(tài)下至少要大于6mA。