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交、直流型SSR固态继电器的电路及其性能与使用

 杜铭源 2014-12-15
 

    SSR固态继电器性能及使用
 

核心提示: 固态继电器简称SSR,它与普通电磁式继电器相比,具有体积小、开关速度快、无机械触点、不存在开关时危险的电弧且耐冲击和抗有害气体腐蚀、没有机械噪音等优点,
    固态继电器简称SSR,它与普通电磁式继电器相比,具有体积小、开关速度快、无机械触点、不存在开关时危险的电弧且耐冲击和抗有害气体腐蚀、没有机械噪音等优点,特别是它的驱动电压低、电流小,可在自动系统中作控制执行部件,因此,在许多领域中已广泛应用。和传统的继电器一样,它分为工作于交流和直流两种,其工作电流方面从1A至数百A。下面介绍几种SSR的电性能及使用注意事项。
    图1- 30和图1- 31分别是直流型及交流型SSR的原理图,从图中看出:不论是直流型还是交流型SSR,都采用光电耦合方式作为控制端与输出端的隔离和传输。对直流型,它的额定工作电流及额定电压的大小,取决于晶体管T2,而交流型的主要是由TRIAC决定,选用不同的T2和TRIAC,即得到不同的额定值型号。
 

图1- 30 直流SSR内部结构原理图
图1- 31 交流SSR内部结构原理图
 
 
 (一)直流型SSR
 直流SSR根据其电路结构不同,分为输出三端型及两端型。三端型由于正负电源直接引入SSR内电路,在设计上易于做到控制T2输出管的深度饱和,其输入端临界导通电压与释放电压差可以做得小,输出电路没有线性区,对输入端控制电压要求不严,但使用时要求型号标称电压与实际工作电压相对应,为此其互换性差,且输出端多,带来安装时的麻烦。两端型是近期发展的多用途直流开关,它的结构相当于一只大功率光电耦合器,其输出电路像三极管一样,有一段截止区、线性区和饱和区。当输入电压足够时,就进入饱和区(见图1- 32),它的输入端控制电压比前者严,限制在一定范围内。但是正因为这种器件具有线性区,除了作SSR使用外,也广泛应用在电源调整。温度调节、逆变电路、音响电路以及前后级需要隔离的线性电路上代替功率管使用,这里就不讨论。

直流SSR工作特性曲线
图1- 32 直流SSR工作特性曲线
    两端型SSR典型使用接线如图1- 33,正电源经负载接SSR正C端,使用时应注意:①负载为感性时,如直流电磁阀门或电磁铁,应在负载两端并联一只二极管,极性如图1- 33,二极管的电流应等于工作电流,电压应大于工作电压的4倍。②SSR工作时应尽量把它靠近负载,其输出引线应满足负荷电流的需要。③使用电源如属经交流降压流所得的,其滤波电解电容应足够大。
    (二)交流型SSR
    图1- 31是一种过零型交流SSR,所谓“过零”是指当加入控制信号时,交流电压过零时,SSR为通态,而当断开控制信号后,SSR要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。这种设计能防止高次谐波的干扰。交流SSR配阻性、容性、感性负载的典型电路见图1- 34、1- 35、1- 36。交流型SSR在使用中要注意:①瞬间过电压的保护一般SSR在设计时虽已充分考虑“过电压”的问题,以TAC03A220V为例,其双向可控硅12302PM,反峰压大于600V(峰值),但是如果不重视瞬间过电压的保护,仍会导至SSR损坏。解决的办法是在电源输入端并接RC浪涌吸收回路和在SSR输出端并接非线性电阻(俗称压敏电阻),实用中此电阻标称电压应为额定电压的1.9倍。②过电流保护 各型号的SSR通态允许单峰浪涌电流值一般为工作电流之十倍,但是由于在应用中的负载性质不同,如电机、电磁阀、纯电阻、灯,以及电容性负载在合上开关时,出现的浪涌电流值也不同,所以在使用前要注意选择足够应付浪涌电流的型号,除纯电阻负载外,一般应选额定负载电流为10倍以上的浪涌电流值来选择适当的SSR。过电流的保护最好采用COMS的快速熔丝或在电源中串接限流电抗器。③由于SSR通常已内藏RC缓冲器件在安装调试SSR时,发现负载未加控制信号时已有小量电流,这是正常的。
直流SSR应用接线
图1- 33 直流SSR应用接线
交流SSR配阻性负载的应用接线
图1- 34 交流SSR配阻性负载的应用接线
交流SSR容性负载的应用接线
图1- 35 交流SSR容性负载的应用接线
交流SSR感性负载的应用接线
图1- 36 交流SSR感性负载的应用接线
    SSR的输入控制端
    应用时注意:①控制电压应在3V以上,但不要超过6V。②控制端正负极性接错虽不致损坏SSR。但也不能误接。③采用TTL,CMOS等电路直接驱动SSR时,应先了解驱动的电压和电流是否满足SSR的需要,如果驱动的信号虽在“0”电平,但有一定的输出电压,此电压超过1V时,就有可能使SSR误通,相反,在“1”信号电平时,虽然有足够的电压,但电流不足以驱动SSR也不行。解决的办法是在电路的输出端增加一级三极管跟随器,以满足SSR开关的控制电平需要。
    通常SSR均设计为“常开”状态,即无控制信号输入时,输出端是开路的,但在自动加热控制设备中经常需要“常闭”式的SSR,这时可在输入端外接一组简单的电路(见图1- 37),这时即为常闭式SSR。最后提一下SSR在安装时的注意事项:额定工作电流大的SSR应安装在散热板上工作,一般15A以上应加散热片,以TACl5A220V为例,其散热板不应少于3mm×80mm×80mm,并注意SSR的空气对流,以保证良好的散热效果。
交流SSR应用驱动电路
图1- 37 交流SSR应用驱动电路

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