2022年固态继电器的分类与工作原理.docx

精品学习资源固态继电器的分类与工作原理固态继电器 Solid State Relays,缩写 SSR是一种无触点电子开关，由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采纳混合工艺组装来实现掌握回路 输入电路 与负载回路 输出电路 的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件；尽管市场上的固态继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相像的；主要由输入 掌握 电路，驱动电路和输出 负载 电路三部分组成；固态继电器的输入电路是为输入掌握信号供应一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源；固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为沟通输入；直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入；阻性输入电路的输入掌握电流随输入电压呈线性的正向变化；恒流输入电路，在输入电压达到肯定值时，电流不再随电压的上升而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范畴；固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分；隔离耦合电路，目前多采纳光电耦合器和高频变压器两种电路形式；常用的光电耦合器有光三极管、光双向可控硅、光二极管阵列 光伏 等；高频变压器耦合，是在肯定的输入电压下，形成约 10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级；功能电路可包括检波整流、过零、加速、爱护、显示等各种功能电路；触发电路的作用是给输出器件供应触发信号；固态继电器的输出电路是在触发信号的掌握下，实现固态继电器的通断切换；输出电路主要由输出器件 芯片 和起瞬态抑制作用的吸取回路组成，有时仍包括反馈电路；目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管 Transistor 、单向可控硅欢迎下载精品学习资源Thyristor或 SCR、双向可控硅 Triac、MOS场效应管 MOSFET、 IGBT 等；绝缘栅型双极晶体管欢迎下载精品学习资源固态继电器原理固态继电器 Solidstate Relay, SSR是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件（如开关三极管、双向可控硅等半导体组件）的开关特性，达到无触点、无火花、而能接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”；相对于以往的“线圈簧片触点式”继电器Electromechanical Relay, EMR， SSR没有任何可动的机械零件，工作中也没有任何机械动作，具有超越EMR的优势，如反应快、牢靠度 高、寿命长（ SSR的开关次数可达 108"109 次，比一般 EMR的 106 高出百倍）、无动作噪声、耐震、耐机械冲击、具有良好的防潮防霉防腐特性；这些特点使SSR在军事、化工、和各种工业民用电控设备中均有广泛应用；固态继电器的掌握信号所需的功率极低，因此可以用弱信号掌握强电流；同时沟通型的SSR采纳过零触发技术，使SSR可以安全地用在运算机输出接口，不会像EMR那样产生一系列对运算机的干扰，甚至会导致严峻当机；比较常用的是 DIP 封装的型式；掌握电压和负载电压按使用场合可以分成沟通和直流两大类，因此会有DC-AC、DC-DC、AC-AC、AC-DC四种型式，它们分别在沟通或直流电源上做负载的开关，不能混用 .按负载电源的类型不同可将SSR分为沟通固态继电器 AC SSR和直流固态继电器DCSSR；ACSSR是以双向晶闸管作为开关器件，用来接通或断开沟通负载电源的固态继电器； AC SSR的掌握触发方式不同，又可分为过零触发型和随机导通型两种；过零触发型AC SSR是当掌握信号输入后，在沟通电源经过零电压邻近时导通，故干扰很小；随机导通型 AC SSR就是在沟通电源的任一相位上导通或关断，因此在导通瞬时可能产生较大的干扰；欢迎下载精品学习资源1. 2工作原理过零触发型 AC SSR为四端器件，其内部电路如图1 所示； 1、2 为输入端， 3、4 为输出端； R0为限流电阻，光耦合器将输入与输出电路在电气上隔离开，V1 构成反相器， R4、 R5、 V2 和晶闸管 V3 组成过零检测电路， UR为双向整流桥，由V3 和 UR用以获得使双向晶闸管 V4 开启的双向触发脉冲，R3、R7为分流电阻，分别用来爱护V3 和 V4，R8 和 C组成浪涌吸取网络，以吸取电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止对开关电路产生冲击或干扰；要指出的是所谓“过零”并非真的必需是电源电压波形的零处，而一般是指在10 25V 或- 10 25V 区域内进行触发，如图2 所示；图中沟通电压分三个区域，区为-10V +10V 范畴，称为死区，在此区域中加入输入信号时不能使SSR导通；区为1025V 和 -10 25V 范畴，称为响应区，在此区域内只要加入输入信号，SSR立刻导通；区为幅值大于25V 的范畴，称为抑制区在此区域内加入输入信号，SSR的导通被抑制；当输入端未加电压信号时，光耦合器的光敏晶体管因未接收光而截止，V1 饱和， V3 和 V4 因无触发电压而截止，此时SSR关闭；当加入输入信号时，光耦合器中的发光二极管发光，光敏晶体管饱和，使V1 截止；此时如 V3 两端电压在 -10 25V 或 10 25V 范畴内时，只要适当挑选分压电阻R4 和 R5，就可使 V2 截止，这样使 V3 触发导通，从而使V 4 的掌握极上得到从 R6URV 3 URR7 或反方向的触发脉冲，而使V4 导通，使负载接通沟通电源；而如 沟通电压波形在图2 中的区内时，就因V2 饱和而抑制 V3 和 V4 的导通，而使SSR被抑制， 从而实现了过零触发掌握；由于10 25V 幅值与电源电压幅值相比可近似看作“零”；因此，一般就将过零电压粗略地定义为0± 25V，即认为在此区域内，只要加入输入信号， 过零触发型 AC SSR都能导通；当输入端电压信号撤除后，光耦合器中的光敏晶体管截止，V1 饱和， V3 截止，但此时V4 仍保持导通，直到负载电流随电源电压减小到小于双向晶闸管的维护电流时，SSR才转为截止；SSR的输出端器件可分为双向晶闸管和两只单向晶闸管反并联形式；如负载为电动机一类的感性负载，就其静态电压上升率dv/dt是一个重要参数；由于单向晶闸管静态电压 上升率 200V/ s 大大高于双向晶闸管的换向指标10V/ s ，因此如采纳两只大功率单向晶闸管反并联代替双向晶闸管，一方面可提高输出功率；另一方面也可提高耐浪涌电流的冲击才能，这种 SSR称为增强型 SSR；欢迎下载精品学习资源. 选型使用时应留意事项 .1 在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时，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，如考虑四周温度的缘由，必要时可考虑降额使用，一般将负载电流掌握在额定值的1/2以内使用； .2 各种负载浪涌特性对SSR的挑选很多被控负载在接通瞬时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,然后再挑选继电器；使继电器在保证稳态工作前提下能够承担这个浪涌电流，挑选时可参考表 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、寿命以及牢靠性要求较高的场合工作时，就应在表2 的基础上再乘以 0.6 以确保工作牢靠；一般在选用时遵循上述原就，在低电压要求信号失真小可选用采纳场效应管作输出器件的直流固态继器；如对沟通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；如作为相位输出掌握时， 应选用随机型固态继电器； .3使用环境温度的影响固态继电器的负载才能受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中 , 应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在 10A 以上的产品应配散热器， 100A 以上的产品应配散热器加风扇强冷 ；在安装时应留意继电器底部与散热器的良好接触 ，并考虑涂适量导热硅脂以达到正确散热成效；如继电器长期工作在高温状态下40 80 时，用户可依据厂家供应的最大输出电流与环境温度曲线数据，考虑降额使用来保证正常工作； .4过流、过压爱护措施在继电器使用时，因过流和负载短路会造成SSR内部输出可控硅永久损坏, 可考虑在掌握回路中增加快速熔断器和空气开关予以爱护型 挑选继电器应挑选产品输出爱护, 内置压敏电阻吸取回路和RC缓冲器 , 可吸取浪涌电压和提高dv/dt耐量）；也可在继电 器输出端并接 RC 吸取回路和压敏电阻 MOV来实现输出爱护；选用原就是220V 选用 500V- 600V 压敏电阻， 380V 时可选用 800V-900V 压敏电阻； .5继电器输入回路信号在使用时因输入电压过高或输入电流过大超出其规定的额定参数时, 可考虑在输入端串接分压电阻或在输入端口并接分流电阻, 以使输入信号不超过其额定参数值； .6在详细使用时 , 掌握信号和负载电源要求稳固，波动不应大于10%，否就应实行稳压措施； .7在安装使用时应远离电磁干扰, 射频干扰源，以防继电器误动失控； .8固态继电器开路且负载端有电压时, 输出端会有肯定的漏电流，在使用或设计时应留意； .9固态继电器失效更换时, 应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品，以便与原应用线路匹配，保证系统的牢靠工作；固态继电器简介一什么是固态继电器？固态继电器（ SSR ）是一种全电子电路组合的元件，它依靠半导体器件和电子元件的电磁和光特性来完成其隔离和继电切换功能；固态继电器与传统的电磁继电器相比，是一种没有机械，不含运动零部件的 继电器，但具有与电磁继电器本质上相同的功能；3 / 7欢迎下载精品学习资源二固态继电器的分类：按工作性质分有直流输入 -沟通输出型，直流输入 -直流输出型，沟通输入 - 沟通输出型，沟通输入 -直流输出型；按安装方式有装置式（面板安装），线路板安装型；按元件分有一般型和增强型；三固态继电器优缺点：优点：多数产品具有零电压导通，零电流关断，与规律电路兼容（TTL 、DTL 、HTL ）切换速度快、无噪音、耐腐蚀、抗干扰、寿命长、体积小，能以微小的掌握信号直接驱动大电流负载等；缺点：存在通态压降，需要散热措施，有输出漏电流，交直流不能通用，触点组数少，成本高；四固态继电器应用领域：由于固态继电器的内在特点，自问世以来以进入电磁继电器的大多数领域，在少数领域以完全取而代之；特殊是运算机自动掌握领域，由于固态继电器的所需驱动功率较底，直接和规律电路兼容，不必加中间缓冲器即可直接驱动；目前固态继电器以被广泛应用于工业自动化掌握，如电炉加热系统，熟控机械， 遥控机械，电机，电磁阀以及信号灯，闪耀器，舞台灯光掌握系统，医疗器械，复印机，洗衣机，消防保安系统等等都有大量应用；固体继电器固态继电器 SSRsolid state releys是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件 如开关三极管、双向可控硅等半导体器件的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，为四端有源器件，其中两个端子为输入掌握端，另外两端为输出受控端；为实现输入与输出之间的电气隔 离，器件中采纳了高耐压的专业光电耦合器；当施加输入信号后，其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态；整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用电磁继电器一样的功能；其封装形式也与传统电磁继电器基本相同；它问世于70 岁月，由于它的无触点工作特性，使其在很多领域的电控及运算机掌握方面得到日益广范的应用；由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，所以它较之电磁继电器具有工作牢靠、寿命长、对外界干扰小、能与规律电路兼容、抗干扰才能强、开关速度快和使用便利等一系列优点；因而具有很宽的应用领域，有逐步取代传统电磁继电器之势，并可进一步扩展到传统电磁继电器无法应用的领域；如运算机和可编程掌握器的输入输出接口、运算机外围和终端设备、机械掌握、过程控 制、遥控及爱护系统等；在一些要求耐振、耐潮、耐腐蚀、防爆等特殊工作环境中以及要求高牢靠的工作场合， SSR 都较之传统的电磁继电器有无可比拟的优越性；固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离 耦合 和输出电路；安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，沟通输入电路和交直流输入电路三种；有些输入掌握电路仍具有与TTL/CMOS兼容，正负规律掌握和反相等功能；固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种；固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，沟通输出电路和交直流 输出电路等形式；沟通输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器 件或功率场效应管；SSR 按使用场合可以分成沟通型和直流型两大类，它们分别在沟通或直流电源上做负载的开关，不能混用；固体继电器的工作原理尽管市场上的固体继电器型号规格繁多，但它们的工作原理基本上是相像的；主要由输入 掌握 电路，驱动电路和输出 负载 电路三部分组成；4 / 7欢迎下载精品学习资源固体继电器的输入电路是为输入掌握信号供应一个回路，使之成为固体继电器的触发信号源；固体继电器的输入电路多为直流输入，个别的为沟通输入；直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入；阻性输入电路的输入掌握电流随输入电压呈线性的正向变化；恒流输入电路，在输入电压达到肯定值时，电流不再随电压的上升而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范畴；固体继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分；隔离耦合电路，目前多采纳光电耦合器和高频变压器两种电路形式；常用的光电耦合器有光三极管、光双向可控硅、光二极管阵列光伏 等；高频变压器耦合，是在肯定的输入电压下，形成约10MHz的自激振荡，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级；功能电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路；触发电路的作用是给输出器件供应触发信号；固体继电器的输出电路是在触发信号的掌握下，实现固体继电器的通断切换；输出电路主要由输出器件 芯片 和起瞬态抑制作用的吸取回路组成，有时仍包括反馈电路；目前，各种固体继电器使用的输出器件主要有晶体三极管Transistor、单向可控硅Thyristor或 SCR 、双向可控硅Triac 、MOS 场效应管 MOSFET、绝缘栅型双极晶体管IGBT 等；固体继电器的主要优点是：（ 1 ）无运动零部件，无机械磨损，无动作噪声，无机械故障，牢靠性高；（ 2 ） 无燃弧触点，无触点间的火花、电弧，无触点抖动和磨损，对外干扰小；（ 3 ） 开关速度快速，动作时间可达10-3S以下；（ 4 ） 灵敏度高，掌握功率小，可达10-3 以下，能很好地与TTL 、CMOS电路兼容；（ 5 ） 抗冲击振动性能优良，简洁实现“零”压切换；（ 6 ） 一般用绝缘材料灌封成全封闭整体，所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也极佳；（ 7 ） 半导体器件作为开关工作，寿命长；（ 8 ） 易实现附加功能；固体继电器性能参数测试时应留意以下几点：（ 1 ）测试直流 SSR 接通和关断电压时，输入电压不能长时间处于接通与关断之间，否就输出端功耗急剧上升，简洁烧坏输出开关元件；（ 2 ）测试中不要随便加快动作速率（一般输入信号的一个周期长应为接通和关断时间之和的10倍以上） , 否就因动态开关损耗大无法工作，甚至烧坏输出开关元件；（ 3 ）测试时，第一要明白输出电流与壳温（环境温度）之间的关系曲线（壳温上升或不带散热器时额定输出电流会下降），防止过载引起永久性失效；（ 4 ） SSR 在关断状态下输出两端不能实现完全的隔离，存在肯定的漏电流, 在较高电压下测试介质耐压和绝缘电阻在使用时，易发生触电事故；输出两端绝不行测试绝缘电阻或耐压；固体继电器使用中应留意的问题（ 1 ）在实际使用时，必需使产品的实际使用条件完全符合产品各项参数和特性曲线的要求；（ 2 ） SSR 受温度影响较大，使用时要考虑好散热一般负载电流>5A 时应装散热片 ，当环境温度高时， SSR 的负载才能必定相应下降，因此选用SSR 时须留有肯定的余量；（ 3 ）当继电器处于导通状态时，将承担P=V （管压降） ×I （负载）的耗散功率；因此必需依据实际工作环境，合理选用散热器的尺寸或降低负载电流使用；欢迎下载精品学习资源电导率电导率：水的导电性即水的电阻的倒数，通常用它来表示水的纯洁度；电导率是物体传导电流的才能；电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上肯定的电势（通常为正弦波电压），然后测量极板间流过的电流；依据欧姆定律，电导率G- 电阻 R 的倒数，是由电压和电流打算的；电导的基本单位是西门子（S ），原先被称为姆欧，取电阻单位欧姆倒数之意；因为电导池的几何外形影响电导率值，所以标准的测量中用单位 S/cm 来表示电导率，以补偿各种电极尺寸造成的差别；单位电导率（ C ）简洁的说是所测电导（ G）与电导池常数 L/A 的乘积 .这里的 L 为两块极板之间的液柱长度， A 为极板的面积；=l=l/(1) 定义或说明电阻率的倒数为电导率；=1/ ； 2 单位 : 在国际单位制中 ,电导率的单位是西门子 /M, 其它单位有： s/cm ， us/cm ；1S/m=0.01s/cm=10000us/cm； 3 说明 电导率的物理意义是表示物质导电的性能；电导率越大就导电性能越强，反之越小；电导电极有那些种类？有何不同用途？电导电极一般分为二电极式和多电极式两种类型；二电极式电导电极是目前国内使用最多的电导电极类型，试验式二电极式电导电极的结构是将二片铂片烧结在二平行玻璃片上，或圆形玻璃管的内壁上，调剂铂片的面积和距离，就可以制成不同常数值的电导电极；通常有 K=1 、K=5 、K=10 等类型；而在线电导率仪上使用的二电极式电导电极常制成圆柱形对称的电极；当K=1 时，常采纳石墨，当 K=0.1 、0.01 时，材料可以是不锈钢或钛合金；多电极式电导电极，一般在支持体上有几个环状的电极，通过环状电极的串联和并联的不同组合，可以制成不同常数的电导电极；环状电极的材料可以是石墨、不锈钢、钛合金和铂金；电导电极仍有四电极类型和电磁式类型；四电极电导电极的优点是可以防止电极极化带来的测量误差，在国外的试验式和在线式电导率仪上较多使用；电磁式电导电极的特点是相宜于测量高电导率的溶液，一般用于工业电导率仪中，或利用其测量原理制成单组分的浓度计，如盐酸浓度计、硝酸浓度计等；如何测定电导电极常数？为何要对常数进行校准？依据公式K=S/G ，电极常数K 可以通过测量电导电极在肯定浓度的KCL 溶液中的电导 G 来求得，此时KCL 溶液的电导率S 是已知的；由于测量溶液的浓度和温度不同，以及测量仪器的精度和频率也不同，电导电极常数 K 有时会显现较大的误差，使用一段时间后，电极常数也可能会有变化，因此，新购的电导电极，以及使用一段时间后的电导电极，电极常数应重新测量标定，电导电极常数测量时应留意以下几点：1. 测量时应采纳配套使用的电导率仪，不要采纳其它型号的电导率仪；2. 测量电极常数的KCL 溶液的温度，以接近实际被测溶液的温度为好；欢迎下载精品学习资源3. 测量电极常数的KCL 溶液的浓度，以接近实际被测溶液的浓度为好；电导率是物质传送电流的才能，是电阻率的倒数；在液体中常以电阻的倒数 电导来衡量其导电才能的大小；水的电导是衡量水质的一个很重要的指标；它能反映出水中存在的电解质的程度；依据水溶液中电解质的浓度不同，就溶液导电的程度也不同；通过测定溶液的导电度来分析电解质在溶解中的溶解度；这就是电导仪的基本分析方法；溶液的电导率与离子的种类有关；同样浓度电解质，它们的电导率也不一样；通常是强酸的电导率最大，强碱和它与强酸生成的盐类次之，而弱酸和弱碱的电导率最小；因此，通过对水的电导的测定，对水质的简况就有了初步的明白；电导率 电阻率的倒数即称之为电导率 L ；在液体中常以电阻的倒数 电导来衡量其导电才能的大小；电导 L 的运算式如下式所示： L=l/R=S/l 电导的单位用姆欧又称西门子；用 S 表示 ， 由 于 S 单 位 太 大 ； 常 采 用 毫 西 门 子 ， 微 西 门 子 单 位 1S=103mS=106 S ；当量电导 液体的电导仅说明溶液的导电性能与几何尺寸间的关系，未表达出溶液浓度与电性能的关系；为了能区分各种介质组成溶液的导电性能，必需在电导率的要领引入浓度的关系，这就提出了当量电导的概念；所谓的当量电导就是指把1g 当量电解质的溶液全部置于相距为1cm 的两板间的溶液的电导，符号“；”由于在电导率的基础上引入了浓度的概念；因此各种水溶液的导电来表示和比较了；在水质监测中，一般通过对溶液电导的测量可把握水中所溶解的总无机盐类的浓度指标；温度对电导的影响溶液的电阻是随温度上升而减小，即溶液的浓度肯定时，它的电导率随着温度的上升而增加，其增加的幅度约为2% -1 ；另外同一类的电解质，当浓度不同时，它的温度系数也不一样；在低浓度时，电导率的温度之间的关系用下式表示：L1=L01+t -t0+ -tt02 由于其次项 -tt02 之值较小，可忽视不计；在低温时的电导率与温度的关系可用以下近似值L1=L01+t -t0 表示，因此实际测量时必需加入温度补偿；电导的温度系数对于大多数离子，电导率的温度系数大约为+1.4% -1 3% -1 对于 H+和 OH- 离子， 电导率温度系数分别为1.5% -1 和 1.8% -1 ，这个数值相对于电导率测量的精确度要求，一般为1% 或优于 1% ，是不容忽视的；纯水的电导率即使在纯水中也存在着H+ 和 OH- 两种离子，常常说，纯水是电的不良导体，但是严格地说水仍是一种很弱的电解质，它存在如下的电离平稳：H2OH+OH或 2H2O H3+O+OH-其平 衡常数 ：KW=H+.OH-/H2O=10-14式 中 KW 称 为 水 的 离 子 积 H+2=OH-2=10-14 H+2=OH-2=10- 7lH2O,0=OH -,0=349.82+198.6=548.42S/cm.mol2 已知水的密度 d25 /H2O=0.9970781cm3 故原有假设为 1 的水分别子浓度只能达到 0.99707 ；实际上是仅 0.99707 份额的水离解成 0.99707.10-7 的H+ 和OH- ，那么离解后 的 H+ 和 OH- 电 导 率 的 总 和 KH2O 用 下 式 求 出 ： KH2O=CM/1000H2O=0.99707.10- 7/1000.548.42=0.05468 S.cm-1 0.054 S.cm-1 H2O=1/KH2O=1/0.05468 × 10-9=18.29M .cm 18.3M .cm由 水 的离 子 积 为 10-14 可 推 算 出 理 论 上的 高 纯 水 的 极 限电 导 为0.0547 S.cm-1 ，电阻为18.3M .cm25 ； 水的电导率的温度系数在不同电导率范畴有不同的温度系数；对于常用的1S.cm -1 的蒸馏水而言大约为+2.5%-1 ；欢迎下载