固態繼電器( Solid State Relay)簡稱SSR,是一種由集成電路和分立元器件組合而成的“一體化”無觸點電子開關器件,它采用電子線路實現繼電器的功能,依靠光電耦合器(或其他耦合方式)實現控制系統(輸入回路)與被控制系統(輸出回路)之間的電氣隔離。由于在開關過程中無機械接觸部件,因此具有控制功率小、可靠性高、壽命長、無噪音、無火花、無電磁干擾、開關速度快和工作頻率高等突出優點。
固態繼電器自1974年問世以來,已在許多自動化控制裝置中取代了電磁繼電器,并且廣泛用于電磁繼電器無法應用的領域。
結構及原理
常用固態繼電器幾乎都是模塊化的四端有源器件,其中兩端為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端,其基本構成如圖29-1所示。器件中多采用光電耦合器實現輸入與輸出之間的電氣隔離。輸出受控端利用開關三極管、雙向晶閘管等半導體器件的開關特性,實現無觸點、無火花地接通和斷開外接控制電路的目的。整個器件無可動部件及觸點,可實現相當于常用電磁繼電器一樣的功能。
普通固態繼電器的內部等效電路如圖29-2所示。當給固態繼電器的輸入端IN接上合適的控制信號時,其輸出端OUT就會從關斷狀態變為導通狀態;控制信號撤消后,輸出端OUT恢復關斷狀態。從而實現了對輸出端所接負載(注意負載應串入輸出端回路)電源的無觸點“開”或“關”自動控制。
固態繼電器按輸出端極性的不同,可分為直流式和交流式兩大類。直流固態繼電器( DC-SSR)的電路原理參見圖29-2( a),其控制電壓由輸入端IN輸入,通過光電耦合器將控制信號耦合至接收電路,經放大處理后驅動開關三極管VT導通。顯然,直流固態繼電器的輸出端OUT在接入被控電路回路中時,是有正、負極之分的。交流固態繼電器(AC-SSR)的電路原理參見圖29-2 (b),與直流固態繼電器不同的是,其開關元件采用了雙向晶閘管VS或其他交流開關,因此它的輸出端OUT無正、負極之分,可以控制交流回路的通斷。
由于固態繼電器的輸入端和輸出端之間采用了成熟可靠的光電隔離等技術,這使得所接控制弱電和被控強電在電氣上完全隔離,因此從各種弱電設備輸出的信號可以直接加在固態繼電器的輸入控制端上,無需另外的保護電路等。固態繼電器和傳統的電磁繼電器相比較,具有的優點是:工作可靠、壽命長、無噪聲、無火花、無電磁干擾、開關速度快、抗干擾能力強、體積小、耐沖擊、耐振動、防爆、防潮、防腐蝕,能與TTL. DTL. HTL等邏輯電路兼容,可以通過微小的控制信號實現直接驅動大電流負載的目的。正因為如此,固態繼電器在很多領域正逐漸取代電磁繼電器。
但固態繼電器也存在一些缺點,主要是輸出端在導通時存在一定的電壓降,即本身有功耗,需采取相應的散熱措施;在斷開時存在一定的漏電流。另外,固態繼電器的控制狀態比較單一、過載能力差,并且直流繼電器和交流繼電器不能通用。
固態繼電器的檢測
(1)交、直流固態繼電器的判別:通常,在直流固態繼電器外殼的輸入端和輸出端旁,均標有“+”、“-”符號,并注有“Dc輸入”、“DC輸出”字樣。而交流固態繼電器只能在輸入端上標出“+”、“-”符號,輸出端無正、負之分。
(2)輸入端與輸出端的判別: 無標識的固態繼電器, 萬用表R×10 k 檔,通過分別測量各引腳 的正、反向電阻值來判別輸入端與輸出端。當測出某兩引腳 的正向電阻較小、而反向電阻為無窮大時,這兩只引腳即為輸入端,其余兩腳為輸出端。而在阻值較小的一次測量中,黑表筆接的是正輸入端,紅表筆接的是負輸入端。
若測得某兩引腳 的正、反向電阻均為0,則說明該固態繼電器已擊穿損壞。若測得固態繼電器各引腳 的正、反向電阻值均為無窮大,則說明該固態繼電器已開路損壞。
固態繼電器怎么測好壞
1、測觸點電阻
用萬能表的電阻檔,測量常閉觸點與動點電阻,其阻值應為0;而常開觸點與動點的阻值就為無窮大。由此可以區別出那個是常閉觸點,那個是常開觸點。
2、測線圈電阻
可用萬能表R×10Ω檔測量繼電器線圈的阻值,從而判斷該線圈是否存在著開路現象。
3、測量吸合電壓和吸合電流
找來可調穩壓電源和電流表,給繼電器輸入一組電壓,且在供電回路中串入電流表進行監測。慢慢調高電源電壓,聽到繼電器吸合聲時,記下該吸合電壓和吸合電流。為求準確,可以試多幾次而求平均值。
4、測量釋放電壓和釋放電流
也是像上述那樣連接測試,當繼電器發生吸合后,再逐漸降低供電電壓,當聽到繼電器再次發生釋放聲音時,記下此時的電壓和電流,亦可嘗試多幾次而取得平均的釋放電壓和釋放電流。一般情況下,繼電器的釋放電壓約在吸合電壓的10~50%,如果釋放電壓太小(小于1/10的吸合電壓),則不能正常使用了,這樣會對電路的穩定性造成威脅,工作不可靠。
固態繼電器使用注意事項
(1)導通后的管壓降較大,可達1~2V,對于大功率固態繼電器,導通后的功耗和發熱量也較大,使用時應考慮散熱條件(如加散熱器、風機冷卻等)。
(2)關斷后仍可有數微安至數毫安的漏電流,不能實現理想的電隔離。對于某些功率較小的負載(如中間繼電器、接觸器線圈、電磁鐵等),應該選用漏電流小于1mA的固態繼電器,否則會引起誤動作。
(3)對過載有較大的敏感性,必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。
(4) SSR為電流驅動型,在邏輯電路驅動時應盡可能地采用低電平輸出進行驅動,以保證有足夠的帶負載能力和盡可能低的零電平。
(5)多個SSR的輸入端可以串并聯使用,但應滿足并聯驅動電流大于多個SSR的輸入電流之和,串聯驅動電壓大于多個開啟電壓(以4V計算)之和。
(6)交流SSR適用于50Hz或60Hz的工頻電網,不宜應用到高次諧波分量大的場合。例如,變頻器輸出端有多組負載需要分別切換時,如果采用SSR作為開關則可能由于高次諧波使其不能可靠關斷,并且高次諧波還可能使SSR內部的RC吸收回路因過熱而炸裂。
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