固态继电器的应用浅析

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1、固态继电器的应用浅析摘要：本文介绍了固态继电器的特点、组成分类、原理分析以及使用选型注意事项。关键词：固态继电器；特点；分类；原理；选型1.概述固态继电器（SolidStateRelay，缩写SSR）是用分离的电子元器件、集成电路（或芯片）及混合微电路技术结合发展起来的一种具有继电特性的无触点式电子开关。具有寿命长、可靠性高、开关速度快、电磁干扰小、无噪声、无火花等特点，可广泛应用于航天、航海、家电、机床、通讯、化工、煤矿等工业自动化等领域。与常规使用的电磁继电器比较（见表1）；2.固态继电器分类（按输出负载电源分）2

2、.1交流固态继电器2.1.1按开关方式分a.电压过零导通型（简称过零型）b.电压随机导通型（简称随机型）2.1.2按输出开关元件分a.双向可控硅输出型b.单向可控硅反并联型（增强型）2.1.3按安装方式分a.焊针式：线路板用，一般为小电流规格B.装置式：可配置散热器安装固定在金属底板上，大电流规格2.2直流固态继电器2.2.1按输入端分a.光隔离型b.高频磁隔离，变压器耦合2.2.2按输出端分a.大功率三极管b.功率场效应管2.3交直流固态继电器a.光伏耦合器b.磁隔离3.典型交直流固态继电器原理分析3.1交流固态继电

3、器（过零型）原理分析固态继电器由三部分组成：输入电路、隔离（耦合）和输出电路组成，在输入电路控制端加入信号后，IC1光电耦合器内光敏三极管呈导通状态，R1串接电阻对输入信号进行限流，以保证光耦合器不致损坏。LED发光二极管指示输入端控制信号，VD1可防止当输入信号正负极性接反时以保护光耦IC1。V1在线路中起到交流电压检测作用，使固态继电器在电压过零时开启、负载电流过零时关断。当IC1光敏三极管截止时(控制端无信号输入时)，V1通过R2获得基极电流使之饱和导通，从而使SCR可控硅门极触发电压UGT被箝在低电位而处于关断

4、状态，最终导致BTA双向可控硅在门极控制端R6上无触发脉冲而处于关断状态。当IC1光敏三极管导通时(控制端有信号输入时)，SCR可控硅的工作状态由交流电压零点检测三极管V1来确定其工作状态。如电源电压经R2与R3分压，A处电压大于过零电压时(VA＞VBE1)，V1处饱和导通状态，SCR、BTA可控硅都处于关断状态；如电源电压经R2与R3分压，A处电压小于过零电压时（VA＞VBE1）V1处截止状态，SCR可控硅通过R4获得触发信号而导通，从而使BTA在R6上也获得触发信号也呈导通状态，对负载电源进行关断控制。如此时控制端

5、信号关断后，负载电流也随之减小至BTA双向可控硅的维持电流IH时可自行关断，切断负载电源。交流过零型固态继电器，因有其电压过零时开启，负载电流过零时关断的特性。它的最大接通、关断时间是半个电源周期，在负载上可得到一个完整的正弦波形。也相应的减少了对负载的冲击。而在相应的控制回路中产生的射频干扰也大大减少。过零型与随机型的工作波形图分别见图2和图3。在输入控制回路中，电阻R1串接在IC1光电耦合器输入端对其发光管进行限流保护，发光管LED对输入控制信号给予指示，VD1对输入端的反偏电压进行保护。当控制端无信号输入时，IC

6、1光电耦合器中的光敏三极管呈截止高阻状态，V1通过R2获得其基极电流使之饱和导通，从而导致V2、V3、V4均处在截止状态，使其固态继电器呈关断状态。当控制端有信号输入时，IC1中光敏三极管导通，使V1呈截止状态，从而使V2、V3、V4导通使其固态继电器呈接通状态，并将电源加至负载上，直流固态继电器的输出端随着输入端信号的加入而导通，信号的消失而关断。另外，大功率低电压的直流固态继电器的输出开关普遍采用功率场效应管来替代功率三极管，以此来降低输入功率。4.选型使用时应注意事项4.1在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电

7、器时，因引线端子为高导热材料制成，焊接时应在温度小于250℃、时间小于10S的条件下进行，如考虑周围温度的原因，必要时可考虑降额使用，一般将负载电流控制在额定值的1/2以内使用。4.2各种负载浪涌特性对SSR的选择许多被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使SSR内部可控硅损坏，所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析，然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可参考表2各种负载时的降额系数(常温下)。如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性

8、要求较高的场合工作时，则应在表2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。一般在选用时遵循上述原则，在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继器；如对交流阻性负载和多数感性负载，可选用过零型继电器，这样可延长负载和继电器寿命，也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时，应选用随机型固态继电器。4.3使用环境温度的影