固態(tài)繼電器的原理、結(jié)構(gòu)

　　固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。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。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。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。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，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管。ssr按使用場(chǎng)合可以分成交流型和直流型兩大類，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。[1] 　下面以交流型的 ssr為例來說明它的工作原理，圖2是它的工作原理框圖，圖1中的部件1～4構(gòu)成交流ssr的主體，從整體上看，ssr只有兩個(gè)輸入端(a和b)及兩個(gè)輸出端(c和d)，是一種四端器件。工作時(shí)只要在a、b上加上一定的控制信號(hào)，就可以控制c、d兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為a、b端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開ssr中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系，以防止輸出端對(duì)輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級(jí)高;由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使ssr的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，在使用可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路④工作，但由于開關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，ssr即為通態(tài);而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，ssr要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位) 時(shí)，ssr才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對(duì)開關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動(dòng)作)而設(shè)計(jì)的，一般是用“r-c”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。

　　直流型的ssr與交流型的ssr相比，無過零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路，開關(guān)器件一般用大功率開關(guān)三極管，其它工作原理相同。不過，直流型ssr在使用時(shí)應(yīng)注意： 　1 負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，如直流電磁閥或電磁鐵，應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管，極性如圖3所示，二極管的電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍。

　　2 ssr工作時(shí)應(yīng)盡量把它靠近負(fù)載，其輸出引線應(yīng)滿足負(fù)荷電流的需要。 　3 使用電源屬經(jīng)交流降壓整流所得的，其濾波電解電容應(yīng)足夠大。 　固態(tài)繼電器(ssr)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。ssr是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。

　　固態(tài)繼電器的特點(diǎn)

　　ssr成功地實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào) (vsr)對(duì)強(qiáng)電(輸出端負(fù)載電壓)的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號(hào)所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，而且vsr所需的工作電平與 ttl、htl、cmos等常用集成電路兼容，可以實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)接。這使ssr在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。在相當(dāng)程度上可取代傳統(tǒng)的“線圈-簧片觸點(diǎn)式”繼電器(簡(jiǎn)稱“mer”)。 　ssr由于是全固態(tài)電子元件組成，與mer相比，它沒有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，工作中也沒有任何機(jī)械動(dòng)作; ssr由電路的工作狀態(tài)變換實(shí)現(xiàn)“通”和“斷”的開關(guān)功能，沒有電接觸點(diǎn)，所以它有一系列mer不具備的優(yōu)點(diǎn)，即工作高可靠、長(zhǎng)壽命(有資料表明ssr的開關(guān)次數(shù)可達(dá)108-109次，比一般mer的106高幾百倍);無動(dòng)作噪聲;耐振耐機(jī)械沖擊;安裝位置無限制;很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能;在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。這些特點(diǎn)使ssr可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、車載武器系統(tǒng))、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身手，具有超越mer的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 　交流型ssr由于采用過零觸發(fā)技術(shù)，因而可以使ssr安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口上，不必為在接口上采用mer而產(chǎn)生的一系列對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾而煩惱。此外，ssr還有能承受在數(shù)值上可達(dá)額定電流十倍左右的浪涌電流的特點(diǎn)。

　　固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)

　　1.高壽命，高可靠:ssr沒有機(jī)械零部件，有固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。 　2.靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。 　3.快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。 　4.電磁干擾笑:固態(tài)繼電器沒有輸入‘線圈“，沒有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。

　　固態(tài)繼電器的技術(shù)參數(shù)

　　1輸入電壓范圍：在環(huán)境溫度25'c下，固態(tài)繼電器能夠工作的輸入電壓范圍。 　2輸入電流：在輸入電壓范圍內(nèi)某一特定電壓對(duì)應(yīng)的輸入電流值。 　3接通電壓：在輸入端加該電壓或大于該電壓值時(shí)，輸出端確保導(dǎo)通。 　4關(guān)斷電壓：在輸入端加該電壓或小于該電壓值時(shí)，輸出端確保導(dǎo)通。 　5反極性電壓：能夠加在繼電器輸入端上，而不應(yīng)起永久性破壞的最大允許反向電壓。 　6額定輸出電流：環(huán)境25'c時(shí)的最大穩(wěn)態(tài)工作電流。 　7額定輸出電壓：能夠承受的最大負(fù)載工作電壓。 　8輸出電壓降：當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通時(shí)，在額定輸出電流下測(cè)得的輸出端電壓。 　9輸出漏電流：當(dāng)繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)施加額定輸出電壓時(shí)，流經(jīng)負(fù)載的電流值。 　10接通時(shí)間：當(dāng)繼電器接通時(shí)，加輸入電壓到接通電壓開始至輸出達(dá)到其電壓最終變化的90]為止之間的時(shí)間間隔。 　11關(guān)斷時(shí)間：當(dāng)繼電器關(guān)斷時(shí)，切除輸入電壓到關(guān)斷電壓開始至輸出達(dá)到其電壓最終變化的10]為止之間的時(shí)間間隔。 　12過零電壓：對(duì)交流過零型固態(tài)繼電器，輸入端加入額定電壓，能使繼電器輸出端導(dǎo)通的最大起始電壓。 　13最大浪涌電壓：繼電器能承受的而不致造成永久性損壞的非重復(fù)浪涌(或過載)電流。 　14電器系統(tǒng)峰值：在繼電器工作狀態(tài)繼電器輸出端能夠承受的最大迭加的瞬時(shí)峰值擊穿電壓。 　15電壓指數(shù)上升率dv/dt：繼電器的輸出元件能夠承受的不使其導(dǎo)通的電壓上升率。 　16工作溫度：繼電器安規(guī)范安裝或不安裝散熱板時(shí)，其正常工作的環(huán)境溫度范圍。