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交流固態繼電器S/HS固態繼電器原理與應用

2016-11-7  瀏覽:
[交流固態繼電器S/HS固態繼電器原理與應用]:交流固態繼電器SSR(Solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關,為四端有源器件。其中兩個端子為輸入控製端,另外兩端為輸出受控端,中間采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)...

  交流固態繼電器SSR(Solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關,為四端有源器件。其中兩個端子為輸入控製端,另外兩端為輸出受控端,中間采用光電隔離,作為輸入輸出之間電氣隔離(浮空)。在輸入端加上直流或脈衝信號,輸出端就能從關斷狀態轉變成導通狀態(無信號時呈阻斷狀態),從而控製較大負載。整個器件無可動部件及觸點,可實現相當於常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。

  由於固態繼電器是由固體元件組成的無觸點開關元件,所以與電磁繼電器相比具有工作可靠、壽命長,對外界幹擾小,能與邏輯電路兼容、抗幹擾能力強、開關速度快和使用方便等一係列優點,因而具有很寬的應用領域,有逐步取代傳統電磁繼電器之勢,並可進一步擴展到傳統電磁繼電器無法應用的計算機等領域。目前,國內已有北京先鋒公司電子廠、上海超誠電子技術研究所、上海中滬電子儀器廠、無錫康裕電器元件廠、無錫天豪電子儀器設備廠、蘇州無線電元件一廠等單位生產此類真人视讯产品。

  固態繼電器的工作

  SSR固態繼電器以觸發形式,可分為零壓型(Z)和調相型(P)兩種。在輸入端施加合適的控製信號VIN時,P型SSR立即導通。當VIN撤銷後,負載電流低於雙向可控矽維持電流時(交流換向),SSR關斷。

  Z型SSR內部包括過零檢測電路,在施加輸入信號VIN時,隻有當負載電源電壓達到過零區時,SSR才能導通,並有可能造成電源半個周期的最大延時。Z型SSR關斷條件同P型,但由於負載工作電流近似正弦波,高次諧波幹擾小,所以應用廣泛。

  先鋒公司電子廠SSR由於采用輸出器件不同,有普通型(S,采用雙向可控矽元件)和增強型(HS,采用單向可控矽元件)之分。當加有感性負載時,在輸入信號截止t1之前,雙向可控矽導通,電流滯後電源電壓90O(純感時)。t1時刻,輸入控製信號撤銷,雙向可控矽在小於維持電流時關斷(t2),可控矽將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個電壓將通過雙向可控矽內部的結電容,正反饋到柵極。如果超過雙向可控矽換向dv/dt指標(典型值10V/ s,將引起換向恢複時間長甚至失敗。

  單向可控矽(增強型SSR)由於處在單極性工作狀態,此時隻受靜態電壓上升率所限製(典型值200V/ s),因此增強型固態繼電器HS係列比普通型SSR的換向dv/dt指標提高了5 20倍。由於采用兩隻大功率單向可控矽反並聯,改變了電流分配和導熱條件,提高了SSR輸出功率。

  增強型SSR在大功率應用場合,無論是感性負載還是阻性負載,耐電壓、耐電流衝擊及真人视讯产品的可靠性,均超過普通固態繼電器,並達到了進口真人视讯产品的基本指標,是替代普通固態繼電器的更新真人视讯产品。
固態繼電器的應用

  S係列固態繼電器,HS係列增強型固態繼電器、可以廣泛用於:計算機外圍接口裝置,恒溫器和電阻爐控製、交流電機控製、中間繼電器和電磁閥控製、複印機和全自動洗衣機控製、信號燈交通燈和閃爍器控製、照明和舞台燈光控製、數控機械遙控係統、自動消防和保安係統、大功率可控矽觸發和工業自動化裝置等。在應用中需要考慮下述問題。

  1.器件的發熱

  SSR在導通時,元件將承受P耗=V有€譏有的熱耗散功率,其中V有效值和I有效值分別為飽和壓降和工作電流的有效值。此時,需依據實際工作環境條件,嚴格參照額定工作電流時允許的外殼溫升(75℃),合理選用散熱器尺寸或降低電流使用,否則將因過熱引起失控,甚至造成真人视讯产品損壞。

  在線路板上使用,連續負載電流2 3A時,可選用S€?3,S€?4真人视讯产品,5A時,可選用S€?08W3封裝真人视讯产品。10A以下,可采用散熱條件良好的儀器底板。10A以上,需配散熱器。30A以下,采用自然風冷,連續負載電流大於30A時,需采用儀器風扇強製風冷。

  2.封裝和安裝形式

ace=Verdana>  臥式W型、立式L型,體積小適用於印製板直接焊接安裝。立式L2型,既能適合於線路板焊接安裝,也能適用於線路板上插接安裝。K型及F型,適合散熱器及儀器底板安裝。大功率SSR(K型和F型封裝)安裝時,應注意散熱器接觸麵應平整,並需塗複導熱矽脂(先鋒T-50)。安裝力矩愈大,接觸熱阻愈小。大電流引出線,需配冷壓焊片,以減少引出線接點電阻。
  3.輸入端驅動

  SSR按輸入控製方式,可分為電阻型、恒流源和交流輸入控製型。目前主要提供的,是供5V TTL電平用電阻輸入型。使用其他控製電壓時,可相應選用限流電阻。SSR輸入屬於電流型器件,當輸入端光耦可控矽完全導通後(微秒數量級),觸發功率可控矽導通。當激勵不足或斜波式的觸發電壓,有可能造成功率可控矽處於臨界導通邊緣,並造成主負載電流流經觸發回路引起的損壞。

[$page]  例如基本性能測試電路,輸入為可調電壓源,測試負載用100W燈泡,輸入觸發信號應為階躍邏輯電平,強觸發方式。國外廠商提供的器件標準電流為10mA,考慮到全溫度工作範圍(-40 +70℃),發光效率穩定和抗幹擾能力,推薦最佳直流觸發工作電流在12 25mA之間。

  SSR輸入端可並聯或串聯驅動。串聯使用時,一個SSR按4V電壓考慮,12V電壓可驅動3個SSR。

  4.幹擾問題

  SSR真人视讯产品也是一種幹擾源,導通時會通過負載產生輻射或電源線的射頻幹擾,幹擾程度隨負載大小而不同。白熾燈電阻類負載產生的幹擾較小,零壓型在交流電源的過零區(即零電壓)附近導通,因此幹擾也較小。減少的方法是在負載串聯電感線圈。另外,信號線與功率線之間,也應避免交叉幹擾。

  5.過流/過壓保護

  快速熔斷器和空氣開關,是通用的過電流保護方法。快速熔斷器可按額定工作電流的1.2倍選擇,一般小容量可選用保險絲。特別注意負載短路,是造成SSR真人视讯产品損壞的主要原因。感性及容性負載,除內部RC電路保護外,建議采用壓敏電阻並聯在輸出端,作為組合保護。金屬氧化鋅壓敏電阻(MOV)麵積大小決定吸收功率,厚度決定保護電壓值。交流220V的SSR,選用MYH12、430V、 12的壓敏電阻;380V選用MYH12、750V壓敏電阻;較大容量的電機變壓器應選用MYH20、24通流容量大的壓敏電阻。

  6.關於負載的考慮

  SSR對一般的負載應是沒有問題的,但也必須考慮一些特殊的負載條件,以避免過大的衝擊電流和過電壓,對器件性能造成不必要的損壞。白熾燈、電爐等類的“冷阻”特性,造成開通瞬間的浪湧電流,超過額定工作電流值數倍。一般普通型SSR,可按電流值的2/3選用。增強型SSR,可按廠商提供的參數選用。在惡劣條件下的工業控製現場,建議留有足夠的電壓、電流餘量。

  某些類型的燈,在燒斷瞬間會出現低阻抗。氣化和放電通道以及容性負載,如切換電容器組或電容器電源,會造成類似短路狀態。可在線路中進一步串聯電阻或電感,作為限流措施。電機的開啟和關閉,也會產生較大的衝擊電流和電壓。中間繼電器、電磁閥吸合不可靠時引起的抖動,以及電容換向式電機換向時,電容電壓和電源電壓的疊加會在SSR兩端產生二倍電源的浪湧電壓。

  控製變壓器初級時,也應考慮次級線路上的瞬態電壓對初級的影響。此外,變壓器也有可能因為兩個方向電流不對稱,造成飽和引起的浪湧電流異常現象。上述情況,使SSR在特殊負載的應用,多少變得有點複雜。可行的辦法,就是通過示波器去測量可能引起的浪湧電流和電壓,從而選用合適的SSR和保護措施。

  應用實例

  1.調壓應用

  P型SSR調壓,可采用外配移相電路來實現。例如,TW-702控溫儀的觸發係統,國產SDKC-05單電源調相

"#0000ff">集成電路(見圖2)。在計算機上,通常采用PIO經驅動級的位控方式,利用50Hz電網電源的過零中斷,經CTC計時,控製導通角,以達到調壓之目的。

  2.交流調功應用

  “交流調功”是一種Z型SSR普遍采用的方法,也能實現PID調節。即在固定周期內,控製交流正弦電流半波個數,達到調功目的。模擬電路常采用電壓比較器,將一個固定周期的鋸齒電壓和來自前級誤差電壓作比較,輸出方波實現調節,如圖3所示。在計算機上采用計時算法,產生占空比可調的方波脈衝擊來實現。例如日本的SHIMADEW和OMRON公司的SR22、FD20、E5係列智能化控溫真人视讯产品,配合Z型SSR,實現自適應“自動翻轉”控製,即通過計算機產生擾動,算出最佳PID控製參數。

  3.三相電流控製

  HS係列SSR真人视讯产品,可直接用於三相電機的控製。最簡單的方法,是采用2隻SSR作電機通斷控製,4隻SSR作電機換相控製,第三相不控製。

  作為電機換向時應注意,由於電機的運動慣性,必須在電機停穩後才能換向,以避免產生類似電機堵轉情況,引起的較大衝擊電壓和電流。在控製電路設計上,要注意任何時刻都不應產生換相SSR同時導通的可能性。上下電時序,應采用先加後斷控製電路電源,後加先斷電機電源的時序。換向SSR之間,不能簡單地采用反相器連接方式,以避免在導通的SSR未關斷,另一相SSR導通引起的相間短路事故。此外,電機控製中的保險、缺相和溫度繼電器,也是保證係統正常工作的保護裝置。 

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