固态继电器的结构及电参数阐明

一、固态继电器的结构及电参数阐明

　　SSR的结构一般是操控电路在上，功率输出组件鄙人。操控电路分为分立器材和SMT外表贴装工艺，功率输出组件可分为塑封硅工艺和单硅芯片并联工艺。一般10-40A SSR选用塑封双向硅封装，50-100A的SSR选用塑封单向硅反并联封装，单向硅反并联的技能指标要好于双向硅工艺。最先进的是选用SCR芯片反并联焊接工艺的SSR，它的特色是阻断电压高，过载才能强，散热条件好，抗冲击才能强，电流可达上千安培，因而国外工业先进国家大多选用该工艺。

二、固态继电器首要由输入电路、驱动电路和输出电路三部分组成

　　输入电路是为输入操控信号供给一个回路，分为直流输入和沟通输入，直流输入又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入操控电流随输入电压呈线性正向改变，恒流输入电路，在输入电压到达预置值后，输入操控电流不再随电压的升高而显着增大，输入电压规模较宽。

　　驱动电路是包含阻隔耦合电路、功用电路和触发电路三部分。阻隔耦合电路，现在多选用光电耦合和变压器耦合两种电路办法。功用电路可包含检波整流、零点检测、扩大加快、维护等各种功用电路。触发电路的效果是给输出器材供给触发信号。

　　输出电路是在触发信号的操控下，完成对负载电流的通断转化。输出电路首要是由输出功率器材和起瞬态按捺效果的吸收回路组成。现在，沟通SSR首要运用单向可控硅、双向可控硅器材。直流SSR首要运用晶体三极管、MOS场效应管、绝缘栅型双极晶体管等。

　　沟通SSR按选用的输出器材不同，分为双向晶闸管(TRIAC)普通型和单向晶闸管(SCR)反并联增强型两种。因为SCR器材具有比TRIAC器材dv/dt高、阻断电压高、和散热性能好等特色，多被用来制作高电压、大电流产品和用于理性、容性负载中。

三、固态继电器的分类和命名

　　固态继电器按其适用的输出负载电源的品种分为直流固态继电器和沟通固态继电器，按开关类型分为单相、双路、三相，按作业办法分为零控和随机控，按输出器材的不同分为普通型和增强型，按操控电压类型分为直流和沟通操控，按用处分为常用型和专用型。一起，依据电压的凹凸、负载电流的巨细分红许多的品种：

　　1、操控电压规模：在规则的环境温度下，能运用固态继电器正常作业的施加到输入端的电压规模。阻性输入型输入电压规模一般为4-16V，恒流型输入电压规模多为3-32V。

　　2、输入电流：在规则的环境温度下，某一特定输入电压时，流入固态继电器输入回路的电流值。

　　3、注册电压：确保常开型固态继电器输出电路接通所施加在输入端的电压的最低值。类似于电磁继电器的动作电压最大值。该值一般为固态继电器的输入电压规模的下限值。即在输入端施加该电压或大于该电压时，固态继电器确保接通。

　　4、关断电压：确保常开型固态继电器输出电路关断所施加在输入端的电压的最高值。类似于电磁继电器的开释电压最小值。即在输入端施加该电压或低于该电压值时，固态继电器确保关断。

　　5、反向电压：能够加在固态继电器的输入端上而不会形成永久性损坏的最大答应反向电压。该值一般确认为输入电压规模的上限值。

　　6、负载电流规模：在规则环境温度下，固态继电器答应运用的最大稳态负载电流值。一般为标称值，当环境温度升高时，如大于40℃，答应的最大输出电流有所下降。一起还规则最小的负荷电流，一般为50mA。

　　7、负载电压规模：在规则的环境温度下，固态继电器能够接受的最大稳态负载电压。一般还应规则，固态继电器能正常接通和关断的最小输出电压。

　　8、阻断电压：在规则的环境温度下，处于关断状况的固态继电器的输出端能够接受的不被击穿的最大瞬时电压。

　　9、频率规模：在额外作业条件下，固态继电器正常作业的电源频率规模。

　　10、断态电压上升率(dv/dt)：在规则的环境温度下，固态继电器处于关断状况时，其输出端所能接受的最大电压上升速率。

　　11、断态漏电流：在规则的环境温度下，固态继电器处于关断状况，输出端为额外输出电压时，流经负载的电流(有用)值。

　　12、通态电压降：在规则的环境温度下，固态继电器处于接通时，在额外作业电流下，两输出端之间的压降。

　　13、注册时刻：当使常开型继电器接通时，从加输入电压至确保接通电压开端，输入端到达其电压终究改变的90%停止之间的时刻间隔。

　　14、关断时刻：当使常开型继电器关断时，从切除输入电压至确保关断电压开端，到输出端到达其电压终究改变完停止之间的时刻间隔。

　　15、热阻(Rthjc)：在热平衡条件下，固态继电器芯片与底基板之间温度差与发作温差的耗散功率之比。

　　16、浪涌电流：固态继电器可接受的脉冲宽度为50/60Hz，1个周期(20/16.67ms)非重复流涌冲击电流。

　　17、绝缘电压(输入/输出)：固态继电器的输入和输出之间所能接受的阻隔电压最小值。

　　18、绝缘电压(输入、输出/基板)：固态继电器的输入、输出和底基板之间所能接受的阻隔电压最小值。

　　19、几个技能名词解释：1“随机控”一当输入端施加有用的操控信号时，SSR当即导通，称之为“随机控”型。2“零控”或“零压差”一当输入端施加有用的操控信号时，SSR只能在其输出端点间电压差挨近零时导通，称之为“零控”或“零压差”型。此型SSR冲击电流小，大都场合运用。

四、固态继电器运用留意事项

　　1、固态继电器的合理挑选

　　挑选固态继电器时，应对照运用条件，剖析研究手册、具体标准和产品技能性能及参数，一起应该留意到固态继电器性能参数和负载才能受环境温度和本身温度的影响较大，其输入有极性要求，理性和容性负载时输出电路简略受尖封电压和浪涌电流的危害，导通时通态压降发作的功率损耗和散热等。要点处理好这些问题，有助于完成固态继电器的科学运用，使其更具牢靠性。

　　(1)：负载类型、输出电流和浪涌电流：运用中流过固态继电器输出端的稳态电流不得超越产品具体标准的相应环境温度下的额外输出电流，或许呈现的浪涌电流不得超越继电器的过负载才能，一般都留有必定的余量。双向可控硅输出大多用于阻性负载，单向可控硅反并联输出大多用于理性和容性负载。大大都负载都可运用“零控”型，但需求调压(如调光)和少量理性负载(如变压器)有必要运用“随机控”型

简直没有完全无浪涌的固态继电器负载，即便电热元件，尽管它们是纯阻性的，因为具有正的温度系数，低温时电阻较小，因而一般表现为较大的起动电流。如电热炉接通电流常为稳态电流的1.3-1.4倍,白炽灯接通电流常为稳态电流10倍。卤钨灯的浪、涌电流能够高达稳态值的25倍。有些金属卤化物灯的敞开进程需10分钟，在这一进程中，灯及其镇流器或许表现为容性和理性。或许随同有高达安稳值100倍的电流脉冲。

　　容性负载具有潜在危险性。因为通电时其开端表现为短路，在充电时会呈现很高的浪涌电流，该电流靠电源内阻、电路电阻和电路电感来约束。如投切电力电容器不但要考虑浪涌电流，还要考虑“过补”时的过电压。主张选用本公司出产的电容器投切专用固态继电器或SGDF系列复合固态继电器。

　　理性负载会发作大的浪涌电流，关断时又或许发作2倍于电源电压的过电压。如沟通电磁铁、接触器在非鼓励状况输入阻抗低、通电时会呈现3-4倍于稳态电流的浪涌电流。有饱满剩磁的变压器，若接通时持续向剩磁方向激磁，因为严峻的磁饱满，在开端的半周会呈现简直仅由绕阻电阻决议的浪涌电流，它乃至可达稳态电的30倍。沟通感应电动机起动时的浪涌电流最大值是稳态额外电流的5-7倍，而且其起动时的浪涌电流，从初始的堵转电流逐步过渡到稳态电流，过渡的持续时刻与电机及负载的惯性联络很大，能够从十几个电源周波到几十秒。所以主张用户选用固态继电器时，应先仔细剖析研究或测验负载的浪涌特性、然后再挑选固态继电器。固态继电器有必要在确保稳态作业的前提下，能够接受这个浪涌电流。

　　下面给出考虑负载浪涌电流和固态继电器过负载才能后，常温下各种负载的稳压电流对固态继电器额外输出电流的降额系数的引荐值。当固态继电器处于频频操作和要求长寿数、高牢靠的运用场合，还应将下表的降额系数再乘以0.6,而且用耐热疲惫性能好的加强型固态继电器。

　　(2)输出电压、瞬态电压和dv/dt

　　直流固态继电器只适用于操控直流电源和负载，沟通固态继电器只适用于操控沟通电源和负载。负载电源的电压不能超越继电器的额外输出电压，也不能低于规则的最小输出电压。运用中，或许加至固态继电器输出端的最大电压峰值，必定要低于固态继电器的瞬态电压值。切换沟通电感负载、单相电机和三相电机负载，或这些负载电路上电时，固态继电器输出端都或许会呈现两倍于电源电压峰值的电压。对此类负载，最好选用额外输出电压单相为280Vac、三相为530VaC的沟通固态继电器。峰值阻断电压别离可达800V和1400V。对理性和容性负载，当沟通固态继电器在零电流关断时，电源电压不为零，而且以较大的dv/dt值加至固态继电器输出端。因而应选用dv/dt高的继电器。特别用于正回转操控的固态继电器，应选用本公司SGR系列产品。

　　(3)输入特性

　　直流阻性输入固态继电器的输入电压一般为4-16Vdc。这种固态继电器在输入电路中串联一电阻，电流随电压的添加而添加，简略经用。在运用时，假如操控电压或电流不适宜，可通过操控回路串接电阻的办法来处理，引荐选用。别的是输入电压规模较宽的恒流输入固态继电器，规模在3-32Vdc。它在输入端串联有恒流源电路，在电压加大到必定值时电流根本不变。沟通输入大都运用在无直流电源的场合，留意其注册时有最大40mS的延时。

　　(4)其它特性

　　这方面包含剖析考虑固态继电器的输出电压降、输出漏电流、绝缘耐压等电气特性，热阻、作业于贮存温度、耐湿润、气密性等气候环境特性，耐振动、冲击等机械环境特性，分量、尺度、接线端办法等物理特性是否契合运用要求。

　　选用输出漏电流来表征固态继电器处于关断状况时同一输出端之间的绝缘状况。不答运用测验电压高于输出电压的外表丈量它们之间的绝缘电阻和介质耐压，也不答应在未规则的方向上测验漏电流。关于特别的运用，比方理性、容性负载和频频操作，主张选型时与出产厂运用工程师联络，以获得他们的支撑。

　　2、固态继电器的维护

　　(1)过电流的维护

　　固态继电器是以半导体开关器材作为功率输出部件的，对温度的改变较为灵敏，过电流会使半导体芯片过热而形成质量下降,寿数下降乃至永久性损坏.尽管固态继电器在瞬间能够接受额外电流10倍以上的浪涌电流,但超越此值很简略形成永久性损坏.因而,过电流的维护是很重要的,过电流的维护办法许多,关键在于反映速度要快.对以可控硅为输出器材的沟通固态继电器,因为可控硅需电流过零关断的特性则关于在10Ms(50Hz)以内超越SSR浪涌电流接受值的浪涌电流和短路电流,一般的维护电路是无效的,应考虑选用半导体器材专用的快速熔断器.熔断器的标称熔断电流不该超越SSR的标称电流值.市售的快速熔断器品种较多,但质量差异较大,请挑选时加以留意.

　　(2)过电压的维护

　　当负载为理性或容性时，很或许发作大于固态继电器所能接受的瞬态电压(阻断电压)和电压上升率(dv/dt)。若维护措施不妥或呼应不灵敏，不只会形成固态继电器失控，严峻时还或许焚毁固态继电器或设备。因而，过电压的维护是有必要的。遍及的运用是外加瞬态按捺(RC吸收)电路和电压钳位电路(双向稳压二极管、压敏电阻)。本公司在规划产品时，大都产品内部已加上RC吸收回路或压敏电阻，能起到必定维护效果，主张用户在运用时依据负载的有关参数和环境条件，仔细核算和试验RC回路的选值。若满意不了，应再并联一个RC回路和压敏维护电路。在一般情况下，RC吸收回路能够有用地按捺加至固态继电器的瞬态电压和电压指数上升率(dv/dt)，压敏电阻维护电路能够吸收宽脉冲的过电压。RC吸收回路的RC值挑选要通过核算和验证。经历的挑选(仅供参阅)是电阻在27-150欧姆、功率为2-5瓦之间，电容容量在0.01-1uf、耐压在250-500VAC之间,(例:R=51欧/2W,C=0.2uF/500VAC)准确值应在试验后确认.留意不要发作振动.压敏电阻的挑选相同要通过仔细的核算和验证.一般情况下(仅供参阅),在220VAC电路里运用标称470-680V、ø12-16的，在380VAC电路里运用标称780-1000V、ø12-16的。

　　(3)过热维护

　　如固态继电器过热，轻则失控，重则形成永久性损坏，主张加装过热维护措施，一般的做法是确保固态继电器的底板处温度不超越75-80℃。一般的温度维护电路就能够到达意图,比较经济实惠的是在散热器上接近SSR底板处装置温控开关，温升到达限制温度时堵截SSR输入信号。

固态继电器作业时，在其内部芯片上存在必定的功率损耗，这个损耗功率首要由固态继电器输出电压降与负载电流乘积决议，以发热的办法消耗掉。因而散热的好坏直接影响到固态继电器作业的牢靠性，优秀的热学规划可防止因为散热不良形成的失利和损坏。

　　一般来说，负载电流小于5A的固态继电器，运用空气对流散热即可。要求装置在有杰出对流环境、两个固态继电器间间隔大于一个固态继电器的宽度。电流大于10A的固态继电器应加装散热器，关于负载电流大于40A的固态继电器，依据规划体积巨细，必要时要运用风冷或水冷。

　　3、固态继电器的运用热规划和散热器的挑选

　　固态继电器在作业中内部存在着必定的功率耗散，这个耗散值首要由输出电压降与负载电流乘积决议，以发热的办法表现。散热的好坏直接影响到固态继电器的最大负载电流和答应的最高作业环境温度值，是影响固态继电器牢靠作业的重要因素之一。所以，咱们应注重固态继电器的运用热规划和散热器的挑选，使固态继电器安稳牢靠的作业，防止因为散热不良而形成的固态继电器的失效和损坏。

　　一般来说，输出电流小于5A的固态继电器，运用空气天然对流，足以到达冷却散热的意图，但装置时要有一个杰出的对流环境，固态继电器之间的间隔不得小于一个固态继电器的宽度。

　　负载电流大于10A的固态继电器运用适宜的散热器是必不可少的，必要时还要进行风冷(风冷风速6米/秒)或水冷。杰出的散热条件关于固态继电器的牢靠作业是十分重要的。产品手册中一般都会给用户供给作业电流、通态压降和热阻等参数，有的还会给出作业电流/耗散功率与环境温度/基板温度曲线，供运用时参阅。运用这些参数就能够核算出所需散热器的热阻，再依据散热器厂家产品手册上的热阻参数挑选散热器。