固態繼電器原理及接線方法
發布者:admin 點擊:1187 發表時間:2014-5-13

工作原理

  過零觸發型AC—SSR為四端器件,其內部電路如圖1所示。1、2為輸入端,3、4為輸出端。R0為限流電阻,光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開,V1構成反相器,R4、R5、V2和晶閘管V3組成過零檢測電路,UR為雙向整流橋,由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開啟的雙向觸發脈沖,R3、R7為分流電阻,分別用來?;3和V4,R8和C組成浪涌吸收網絡,以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流,防止對開關電路產生沖擊或干擾。

 

  要指出的是所謂“過零”并非真的必須是電源電壓波形的零處,而一般是指在10~25V或-(10~25)V區域內進行觸發,如圖2所示。圖中交流電壓分三個區域,Ⅰ區為-10V~+10V范圍,稱為死區,在此區域中加入輸入信號時不能使SSR導通。Ⅱ區為10~25V和-(10~25)V范圍,稱為響應區,在此區域內只要加入輸入信號,SSR立即導通。Ⅲ區為幅值大于25V的范圍,稱為抑制區在此區域內加入輸入信號,SSR的導通被抑制。

  當輸入端未加電壓信號時,光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止,V1飽和,V3和V4因無觸發電壓而截止,此時SSR關閉。當加入輸入信號時,光耦合器中的發光二極管發光,光敏晶體管飽和,使V1截止。此時若V3兩端電壓在-(10~25)V或10~25V范圍內時,只要適當選擇分壓電阻R4和R5,就可使V2截止,這樣使V3觸發導通,從而使V 4的控制極上得到從R6→UR→V 3→UR→R7或反方向的觸發脈沖,而使V4導通,使負載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的Ⅲ區內時,則因V2飽和而抑制V3和V4的導通,而使SSR被抑制,從而實現了過零觸發控制。由于10~25V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此,一般就將過零電壓粗略地定義為0~±25V,即認為在此區域內,只要加入輸入信號,過零觸發型AC—SSR都能導通。

  當輸入端電壓信號撤除后,光耦合器中的光敏晶體管截止,V1飽和,V3截止,但此時V4仍保持導通,直到負載電流隨電源電壓減小到小于雙向晶閘管的維持電流時,SSR才轉為截止。

  SSR的輸出端器件可分為雙向晶閘管和兩只單向晶閘管反并聯形式。若負載為電動機一類的感性負載,則其靜態電壓上升率dv/dt是一個重要參數。由于單向晶閘管靜態電壓上升率(200V/μs)大大高于雙向晶閘管的換向指標(10V/μs),因此若采用兩只大功率單向晶閘管反并聯代替雙向晶閘管,一方面可提高輸出功率;另一方面也可提高耐浪涌電流的沖擊能力,這種SSR稱為增強型SSR。

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制信號VIN時,P型SSR立即導通。當VIN撤銷后,負載電流低于雙向可控硅維持電流時(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,只有當負載電源電壓達到過零區時,SSR才能導通,并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,但由于負載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小,所以應用廣泛。 
先鋒公司電子廠SSR由于采用輸出器件不同,有普通型(S,采用雙向可控硅元件)和增強型(HS,采用單向可控硅元件)之分。當加有感性負載時,在輸入信號截止t1之前,雙向可控硅導通,電流滯后電源電壓90O(純感時)。t1時刻,輸入控制信號撤銷,雙向可控硅在小于維持電流時關斷(t2),可控硅將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個電壓將通過雙向可控硅內部的結電容,正反饋到柵極。如果超過雙向可控硅換向dv/dt指標(典型值10V/ s,將引起換向恢復時間長甚至失敗。 
單向可控硅(增強型SSR)由于處在單極性工作狀態,此時只受靜態電壓上升率所限制(典型值200V/ s),因此增強型固態繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標提高了5 20倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯,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、耐電流沖擊及產品的可靠性,均超過普通固態繼電器,并達到了進口產品的基本指標,是替代普通固態繼電器的更新產品。 

固態繼電器由三部分組成:輸入電路、隔離(耦合)和輸出電路組成,在輸入電路控制端加入信號后,IC1光電耦合器內光敏三極管呈導通狀態,R1串接電阻對輸入信號進行限流,以保證光耦合器不致損壞。LED發光二極管指示輸入端控制信號,VD1可防止當輸入信號正負極性接反時以?;す怦領C1。

 

V1 在線路中起到交流電壓檢測作用,使固態繼電器在電壓過零時開啟、負載電流過零時關斷。當IC1光敏三極管截止時(控制端無信號輸入時),V1通過R2獲得基極電流使之飽和導通,從而使 SCR可控硅門極觸發電壓UGT被箝在低電位而處于關斷狀態,最終導致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無觸發脈沖而處于關斷狀態。

當IC1光敏三極管導通時( 控制端有信號輸入時) ,SCR可控硅的工作狀態由交流電壓零點檢測三極管V1來確定其工作狀態 。如電源電壓經R2與R3分壓,A處電壓大于過零電壓時(VA>VBE1),V1處飽和導通狀態,SCR、BTA可控硅都處于關斷狀態;如電源電壓經R2與R3分壓,A處電壓小于過零電壓時(VA>VBE1)V1處截止狀態,SCR可控硅通過R4獲得觸發信號而導通 ,從而使 BTA在R6上也獲得觸發信號也呈導通狀態,對負載電源進行關斷控制。如此時控制端信號關斷后,負載電流也隨之減小至BTA雙向可控硅的維持電流IH時可自行關斷,切斷負載電源。

交流過零型固態繼電器,因有其電壓過零時開啟,負載電流過零時關斷的特性。它的最大接通、關斷時間是半個電源周期,在負載上可得到一個完整的正弦波形。也相應的減少了對負載的沖擊。而在相應的控制回路中產生的射頻干擾也大大減少。過零型與隨機型的工作波形圖分別見圖2和圖3。