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固态继电器（Solid State Relays，SSR）是一种由分立元件、膜固定电阻和芯片构成的无触点电子开关，内部无任何可动的机械部件。常见的固态继电器的实物外形如图所示。  1．固态继电器的特点 固态继电器的特点如下： 一是输入控制电压低（3～14V），驱动电流小（3～15mA），输入控制电压与TTL、DTL、HTL电平兼容，直流或脉冲电压均能作输入控制电压； 二是输出与输入之间采用光电隔离，可在以弱控强的同时，实现强电与弱电完全隔离，两部分之间的安全绝缘电压大于2kV，符合国际电气标准； 三是输出无触点、无噪声、无火花、开关速度快； 四是输出部分内部一般含有RC过电压吸收电路，以防止瞬间过电压而损坏固态继电器； 五是过零触发型固态继电器对外界的干扰非常小； 六是采用环氧树脂全灌封装，具有防尘、耐湿、寿命长等优点。 因此，固态继电器已广泛应用在各个领域，不仅可以用于加热管、红外灯管、照明灯、电机、电磁阀等负载的供电控制，而且还可以应用到电磁继电器无法应用的单片机控制等领域，将逐步替代电磁继电器。 2．固态继电器的构成 固态继电器主要由输入（控制）电路、驱动电路、输出（负载控制）电路、外壳和引脚构成。 （1）输入电路输入电路是为输入控制信号提供的回路，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正向变化，恒流输入电路在输入电压达到预置值后，输入控制电流不再随电压的升高而明显增大，输入电压范围较宽。 （2）驱动电路驱动电路包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路3个部分。隔离耦合电路目前多采用光电耦合和高频变压器耦合两种电路形式。常用的光电耦合器有发光管—光敏三极管、发光管—光晶闸管、发光管—光敏二极管阵列等。高频变压器耦合是指在一定的输入电压下，形成约10MHz 的自激振荡脉冲，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器二次侧。功能电路可包括检波整流、零点检测、放大、加速、保护等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。 （3）输出电路输出电路的作用是在触发信号的控制下，实现对负载电流的通断转换。输出电路主要由输出器件和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有的还包括反馈电路。目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有三极管、单向晶闸管、双向晶闸管、MOSFET、绝缘栅双极型晶体管等。 3．固态继电器的分类 固态继电器按输出方式可分为直流型固态继电器（DCSSR）和交流型固态继电器（ACSSR）两种，按开关形式固态继电器可分为常开型和常闭型两种，按输入方式固态继电器可分为电阻限流直流、恒流直流和交流等类型，按输出额定电压可分为交流电压（220～380V）及直流电压（30～180V）两种，按隔离形式固态继电器可分为混合型、变压器隔离型和光隔离型等多种。其中，光隔离型应用得最多。典型固态继电器的电路符号如下图所示。  提示：目前，DCSSR的输出器件主要使用大功率三极管、大功率场效应管、IGBT 等，ACSSR的控制器件主要使用单向晶闸管、双向晶闸管等。按触发方式ACSSR又分为过零触发型和随机导通型两种。其中，过零触发型ACSSR是当控制信号输入后，在交流电源经过零电压附近时导通，不仅干扰小，而且导通瞬间的功耗小。随机导通型ACSSR 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，并且它内部的晶闸管容易因功耗大而损坏。按采用的输出器件不同，ACSSR分为双向晶闸管普通型和单向晶闸管反并联增强型两种。单向晶闸管具有阻断电压高和散热性能好等优点，多被用来制造高电压、大电流产品和用于感性、容性负载中。 4．固态继电器的基本工作原理 （1）过零触发型ACSSR的工作原理 典型的过零触发型ACSSR 的工作原理如下图所示。  ①、②脚是输入端，③、④脚是输出端。R9 为限流电阻；VD1是为防止反向供电损坏光电耦合器IC1而设置的保护管；IC1将输入与输出电路隔离；VT1 构成倒相放大器；R4、R5、VT2 和单向晶闸管VS1组成过零检测电路；VD2～VD5 构成整流桥，为VT1、VT2、VS1 和IC1等电路供电；由VS1 和VD2、VD3为双向晶闸管VS2提供开启的双向触发脉冲；R3、R7为分流电阻，分别用来保护VS1和VS2，R8 和C1组成浪涌吸收网络，以吸收电源中的尖峰电压或浪涌电流，防止给VS2带来冲击或干扰。 当ACSSR接入电路后，220V市电电压通过负载RL构成的回路，加到ACSSR 的③、④脚上，经R6、R7限流，再经VD2～VD5桥式整流产生脉动电压U 1，U 1 除了为IC1、VT1、VT2、VS1供电外，还通过电阻取样后为VT1、VT2 提供偏置电压。当ACSSR的①、②脚无电压信号输入时，光电耦合器IC1 内的发光管不发光，它内部的光敏三极管因无光照而截止，U 1通过R1限流使VT1导通，致使晶闸管VS1因无触发电压而截止，进而使双向晶闸管VS2 因G极无触发电压而截止，ACSSR处于关闭状态。当ACSSR的①、②脚有信号输入后，通过R9使IC1内的发光管发光，它内部的光敏三极管导通，VT1因b极没有电压输入而截止，VT1不再对VS1的G极电位进行控制。此时，若市电电压较高，使U 1电压超过25V时，通过R4、R5取样后的电压超过0.6V，VT2 导通，VS1的G极仍然没有触发电压输入，VS1仍截止，从而避免市电电压高时导通可能因功耗大而损坏。当市电电压接近过零区域，使U 1电压在10～25V 的范围，经R4 和R5分压产生的电压不足0.6V，VT2 截止，于是U 1 通过R2、R3 分压产生0.7V电压使VS1 触发导通。VS1导通后，220V市电电压通过R6、VD2、VS1、VD4构成的回路触发VS2导通，为负载提供220V的交流供电，从而实现了过零触发控制。由于U 1电压低于10V后，VS1可能因触发电压低而截止，导致VS2也截止，所以说过零触发实际上是与220V市电电压的幅值相比可近似看作“0”而已。当①、②脚的电压信号消失后，IC1内的发光管和光敏三极管截止，VT1 导通，使VS1截止，但此时VS2 仍保持导通，直到负载电流随市电电压减小到不能维持VS2 导通后，VS2截止，ACSSR进入关断状态。 提示在ACSSR关断期间，虽然220V 电压通过负载RL、R6、R7、VD2～VD5 构成回路，但由于RL、R6、R7 的阻值较大，只有微弱的电流流过RL，所以RL不工作。 （2）DCSSR 的工作原理 典型的触发型DCSSR的工作原理如下图所示。  ①、②脚是输入端，③、④脚是输出端。R1为限流电阻，VD1 是为防止反向供电损坏光耦合器IC1而设置的保护管，IC1将输入与输出电路隔离，VT1构成射随放大器，VT2 是输出放大器，R2、R3是分流电阻，VD2 是为防止VT2 反向击穿而设置的保护管。 当DCSSR的①、②脚无电压信号输入时，光耦合器IC1内的发光管不发光，它内部的光敏三极管因无光照而截止，致使VT1和VT2相继截止，DCSSR处于关闭状态。当DCSSR的①、②脚有信号输入后，通过R1使IC1内的发光管发光，它内部的光敏三极管导通，由它的e极输出的电压加到VT1 的b极，经VT1射随放大后，从它的e 极输出，再使VT2饱和导通，给负载提供直流电压，负载开始工作。当①、②脚的电压信号消失后，IC1内的发光管和光敏三极管相继截止，VT1和VT2因b极无导通电压输入而截止，DCSSR才进入关断状态。 |
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