固態繼電器在實際使用的很多情況下,經常由于負載側的短路而發生固態繼電器的損壞,這是廣大電氣工程師在設計時常碰到的問題。
固態繼電器的故障問題,常見的主要有過熱、過流過壓這兩種。當固態繼電器發生這兩種故障問題了,就會對測量結果有影響,需要操作者及時的找到故障原因,才能夠更好的解決。
1、固態繼電器發熱原因:
固態繼電器即在正常工作的時候,在其內部芯片上存在一定的功率損耗,這個損耗功率主要由固態繼電器輸出電壓降與負載電流乘積決定,以發熱的形式消耗掉。因此散熱的好壞直接影響到固態繼電器工作的可靠性,優良的熱學設計可避免由于散熱不良造成的失敗和損壞。
2、固態繼電器過流過壓的原因:
在繼電器使用時,因過流和負載短路會造成SSR固態繼電器內部輸出可控硅永久損壞,可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開關予以保護型(選擇繼電器應選擇產品輸出保護,內置壓敏電阻吸收回路和RC緩沖器,可吸收浪涌電壓和提高dv/dt耐量);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產品損壞的主要原因。
短路和過流有兩種保護方法:
一、固態繼電器快速熔斷保險絲選擇
固態繼電器的制造商會在樣本里標明一個參數,表明半導體閘流管可以承受的最大電流vs時間。通常這個參數為“熔斷用最大I2t”(安培平方秒)。
選擇快速熔斷保險絲通常要考慮以下幾個方面:
1. 保險絲的電壓等級。
2. 保險絲的電流等級(需要考慮額定負載時、啟動電流、工作溫度等)。
3. 保險絲的I2t等級。
4. 固態繼電器的I2t等級。
保險絲的I2t等級必須要比固態繼電器的I2t等級低,且高于負載的浪涌電流。
見下圖:
對于月盛公司SSR系列,50A熔斷用最大I2t為3000,90A熔斷用最大I2t為7560。相對應的快熔保險絲:I《50A, I2t《3000; I《90A, I2t《7560。
由于目前真正的快速熔斷器的售價很高,甚至價格高于固態繼電器本身的價格,所以目前在國內市場基本上使用普通的保險絲(個別情況是標稱是速斷型,但是最關鍵的參數I2t不標示出來,)來保護固態。在配合不當時,往往固態繼電器熔斷的時間比一般保險絲的熔斷時間要快的多,所以經常發生固態損壞后保險絲還沒有動作,所以一般的保險絲根本不能起到保護固態的作用。
施耐德Osmart C32N B型斷路器的選擇
另一種方案就是使用施耐德Osmart C32N B曲線的斷路器來保護固態繼電器,經過大量試驗C32N B曲線的斷路器在負載端短路的時候也能保護固態繼電器。其脫扣曲線見下圖。
C32N B特性脫扣曲線
由上圖我們可以看出當電流達到斷路器額定電流的3-5倍時,斷路器的脫扣時間是11ms-21ms,月盛公司SSR系列10A、25A、50A、90A的固態在20ms的時間內能承受的最大電流分別是380A、570A、810A、1290A,分別是額定電流的38倍、27倍、16倍、14倍。所以斷路器會在負載短路時能夠及時(最慢在21ms之內)跳閘。從而起到保護固態繼電器的作用。
該方法的特點和優勢是:既能保護固態,又能在短路故障排除后直接合上斷路器,不用更換。這是保險絲無法做到的。
該方案既解決了固態繼電器的保護問題,又解決了快速熔斷器的成本過高問題,是一個值得推廣的保護方式。