固态继电器资料介绍

2022-4-28 10:24:26 6415 固态继电器输入输出电路

0 固态继电器相当于机电继电器的半导体，可用于控制电气负载，而不需要使用移动部件与使用线圈、磁场、弹簧和机械触点来操作和开关电源的电动机械继电器(EMR)不同，固态继电器(SSR)没有运动部件，而是利用固态半导体的电气和光学特性来完成输入输出隔离和开关功能。与普通的机电式继电器一样，固态继电器在输入和输出接点之间提供完全的电气隔离，其输出像传统的电气开关一样，在非导通(断开)时具有非常高的、几乎无穷大的电阻，在导通(闭合)时具有非常低的电阻。固态继电器可以通过使用 SCR、 TRIAC 或开关晶体管输出来代替通常的机械常开触点(NO)来同时切换交流或直流电流。固态继电器和机电式继电器的基本相似之处在于，它们的低电压输入与开关和控制负载的输出电气隔离，而机电式继电器的触点寿命周期有限，可能占用大量空间，开关速度较慢，特别是大功率继电器和接触器。固态继电器没有这种限制。因此，固态继电器相对于传统机电继电器的主要优势在于，它们没有可以磨损的运动部件，因此没有触点反弹问题，能够比机电继电器电枢运动更快地切换“ ON”和“ OFF”，以及零电压开通和零电流关断，消除了电气噪声和瞬变。固态继电器可以购买标准的现成包装，范围从几伏或安培到数百伏和输出开关能力安培。然而，由于功率半导体和散热要求，具有非常高额定电流(150A 以上)的固态继电器仍然过于昂贵，因此仍然使用较便宜的机电接触器。类似于机电继电器，一个小的输入电压，通常是3至32伏的直流电，可以用来控制一个很大的输出电压，或电流。例如240v，10Amps。这使得它们成为微控制器、 PIC 和 Arduino 接口的理想选择，作为一个低电流、5伏特的信号，来自微控制器或逻辑门，可以用来控制特定的电路负载，这是通过使用光隔离器实现的。固态继电器输入固态继电器(SSR)的主要组成部分之一是光电隔离器(也称为光耦合器) ，它在一个外壳内包含一个(或多个)红外线发光二极管，或 LED 光源和一个光敏装置。光隔离器将输入与输出隔离开来。 LED 光源连接到 SSR 的输入驱动部分，并通过间隙提供光耦合到相邻的光敏晶体管、达林顿对或 triac。当一个电流通过 LED 时，它就会发光，并且它的光线会聚焦到光电晶体管/光电三极管上。因此，光耦固态继电器的输出是通过激活这个 LED 来打开的，通常是低电压信号。由于输入和输出之间的唯一连接是一束光，高电压隔离(通常几千伏)是通过这种内部光隔离实现的。该光隔离器不仅提供了更高程度的输入/输出隔离，还可以传输直流和低频信号。此外，LED 和光敏器件可以彼此完全分离，并通过光纤实现光耦合。固态继电器的输入电路可以只由一个限流电阻与光隔离器的 LED 串联组成，也可以由一个更复杂的整流、电流调节、反极性保护、滤波等电路组成。为了激活或开启一个已售状态继电器进入导通状态，必须在其输入端(相当于机电式继电器线圈)上施加高于其最小值的电压(通常为3伏直流电)。这种直流信号可以从机械开关、逻辑门或微控制器中获得，如图所示。固态继电器直流输入电路当使用机械触点、开关、按钮、其他继电器触点等作为激活信号时，所使用的电源电压可以等于 SSR 的最低输入电压值，而使用晶体管、栅和微控制器等固态器件时，最低电源电压需要比 SSR 的开通电压高一至两伏，以计入开关器件的内部电压降。但是，除了使用直流电压，无论是下沉或采购，以切换固态继电器进入传导，我们也可以使用一个正弦波波形，以及通过增加一个桥式整流器全波整流和一个滤波电路的直流输入，如图所示。固态继电器交流输入电路桥式整流器将正弦电压转换为两倍于输入频率的全波整流脉冲。这里的问题是这些电压脉冲从零伏开始和结束，这意味着它们将低于 SSR 输入阈值的最低开启电压要求，导致每半个周期输出开启和关闭。为了克服这种不稳定的输出激发，我们可以在桥式整流器的输出端使用平滑电容(C1)来平滑已整流的涟漪。电容器的充放电效应将整流信号的直流分量提高到固态继电器输入端最大开启电压值之上。然后，即使使用不断变化的正弦电压波形，SSR 的输入是恒定的直流电压。降压电阻 r1和平滑电容 c1的值选择适合电源电压，120伏交流或240伏交流以及固态继电器的输入阻抗。但是40kω 和10uf 就可以了。然后加上这个桥式整流器和平滑电容电路，一个标准的直流固态继电器可以控制使用交流或非极化直流电源。当然，制造商已经在生产和销售交流输入固态继电器(通常是90到280伏交流电)。固态继电器输出固态继电器的输出开关能力可以是交流或直流类似于其输入电压的要求。大多数标准固态继电器的输出电路被配置成只执行一种类型的开关动作，相当于机电式继电器的正常开路、单刀单掷(SPST-NO)动作。对于大多数 DC SSR 的固态开关装置，通常使用的是功率晶体管、达灵顿的和 mosfet，而对于 AC SSR，开关装置要么是 triac，要么是背靠背的晶闸管。晶闸管由于其高电压和高电流性能而受到青睐。单晶闸管也可用于桥式整流电路，如图所示。固态继电器输出电路固态继电器最常见的应用是在交流负载的切换，无论是控制交流电源用于 ON/OFF 切换、光调暗、电机速度控制或其他需要功率控制的应用，这些交流负载可以很容易地用小电流直流电压控制，使用固态继电器提供长寿命和高切换速度。与机电式继电器相比，固态继电器的最大优点之一是它能够在零负载电流点切换“关闭”交流负载，从而完全消除与传统机械继电器和感应负载相关的电弧、电噪声和触点弹跳。这是因为交流开关固态继电器使用 SCR 和 TRIAC 作为其输出开关设备，一旦输入信号被移除，继续导通，直到流过该设备的交流电流低于其阈值或保持电流值。这样，在正弦波峰值的中间，SSR 的输出永远不会关闭。零电流关断是使用固态继电器的一个主要优点，因为它减少了电噪声和与电感性负载切换有关的反电动势，电感性负载被机电式继电器的触点视为电弧。考虑下面典型的交流固态继电器的输出波形图。固态继电器输出波形在没有输入信号的情况下，没有负载电流流过 SSR，因为它是有效的 OFF (开路) ，输出端子看到完整的交流电源电压。利用直流输入信号，由于固态继电器的零电压开关特性，无论正弦波的哪一部分经过周期，只有当波形超过零点时，输出才开通。当电源电压在正方向或负方向上升时，它达到将输出晶闸管或三交流电压全开所需的最小值(通常小于15伏)。SSR 输出端的电压降是开关设备通态电压降 VT (通常小于2伏)。因此，任何高励磁涌流与反应或灯负载大大减少。当直流输入电压信号被移除时，输出不会像一旦触发导通时那样突然关断，作为开关装置的晶闸管或晶闸管在半周期的剩余时间内保持开启状态，直到负载电流降到保持电流的装置下方，此时开关关闭。因此，与在正弦波中切换感性负载有关的高 dv/dt 反电动势大大减少。与机电式继电器相比，交流固态继电器的主要优点是在交流负载电压接近零伏时具有开启次同步谐振器的过零功能，从而抑制了负载电流始于接近0v 点时的任何大涌流，以及晶闸管或三相晶闸管固有的零电流关断特性。因此，有一个最大可能的关断延迟(在去除输入信号和去除负载电流之间)的一个半周期。固态继电器固态继电器可以实现负载的直接过零切换，但也可以通过数字逻辑电路、微处理器和存储器实现更为复杂的功能。固态继电器的另一个优秀应用是在灯调光应用，无论是在家里或在演出或音乐会。非零(即时开通)开关固态继电器在应用输入控制信号后立即开启，而上面的过零 SSR 则要等到交流正弦波的下一个过零点。这种随机火开关用于电阻应用，如灯调光和应用，需要负载只是为交流循环的一小部分充电。随机开关输出波形虽然这样可以对负载波形进行相位控制，但随机开启 SSR 的主要问题是，继电器开启瞬间的初始负载浪涌电流可能很高，这是由于当电源电压接近其峰值(90o)时，SSR 开关功率可能很高。当输入信号被移除时，当负载电流低于保持电流的晶闸管或三极管时，它就停止导通。显然，对于直流二次谐波，开关切换动作是即时的。固态继电器是理想的开/关广泛的开关应用，因为他们没有移动部件或接触不同于电子机械继电器(EMR)。由于采用半导体开关元件，如晶闸管、三极管和晶体管，交直流输入控制信号以及交直流输出开关有许多不同的商业类型可供选择。但是，通过结合使用一个良好的光隔离器和一个 triac，我们可以使我们自己的廉价和简单的固态继电器控制交流负载，如加热器，灯或螺线管。由于光隔离器只需要少量的输入/控制电源就可以工作，控制信号可以来自 PIC、 Arduino、 Raspberry PI 或任何其他类似的微控制器。固态继电器示例1 让我们假设我们想要一个微控制器与数字输出端口信号只有 + 5伏特来控制一个120v 交流，600瓦特的加热元件。为此，我们可以使用 moc3020光交流隔离器，但内部的 triac 只能通过一个最大电流(ITSM)1安培峰值的120v 交流电源，所以还必须使用一个额外的开关 triac。首先让我们考虑 moc3020光隔离器的输入特性(还有其他光三极管)。光隔离器数据表显示，输入发光二极管的正向电压(VF)降为1.2伏，最大正向电流(IF)为50ma。发光二极管需要10ma 左右的光线才能达到50ma 的最大亮度。而单片机的数字输出端口只能提供最大30ma 的输出。那么所需的电流值大约在10到30毫安之间。因此: 因此，可以使用一个值在126和380ω 之间的串联限流电阻器。由于数字输出端口总是开关 + 5伏和减少功耗通过光耦 LED，我们将选择一个首选的电阻值240ω 的。这样 LED 的正向电流小于16ma。在这个例子中，任何介于150ω 和330ω 之间的首选电阻值都可以。加热元件负载是600瓦的电阻。使用120v 交流电源，我们的负载电流为5安培(i = p/v)。由于我们要控制这种负载电流在两个半周期(所有4象限)的交流波形，我们将需要一个电源开关 triac。该 bta06是一个6安培(信息技术(有效值))600伏特三交流电适用于一般用途开/关的交流负载，但任何类似的6至8安培额定三交流电就可以了。此外，这种开关 triac 只需要50ma 的栅极驱动器启动传导，这是远远低于1安培的 moc3020光隔离器的最大额定值。考虑到光隔离器的输出 triac 在120vrms 交流电源电压的峰值(90o)处已开关 ON。这个峰值电压的值是: 120 x 1.414 = 170Vpk。如果光三极管的最大电流(ITSM)为1安培峰值，则串联电阻要求的最小值为170/1 = 170ω，或180ω 为最接近的优选值。这个值180ω 的将保护光耦输出 triac，以及门的 BTA06 triac 在120vac 电源。如果光隔离器的晶闸管在120vrms 交流电源电压的零交叉值(0o)时开关，那么提供迫使开关晶闸管进入传导所需的50ma 栅极驱动电流所需的最低电压为: 180ω x 50mA = 9.0伏。然后，当正弦门到 mt1的电压大于9伏时，triac 就开始传导。因此，在交流波形的零交叉点之后所需的最小电压将是9伏特的峰值，同时该系列栅极电阻的功耗非常小，因此可以安全地使用180ω，0.5瓦额定电阻。考虑下面的电路。交流固态继电器电路这种类型的光耦合器配置形成了一个非常简单的固态继电器应用的基础，可用于控制任何交流电源供电的负载，如灯和电机。这里我们使用了 moc3020，它是一个随机开关隔离器。Moc3041光触发交流隔离器具有相同的特性，但是具有内置的过零检测功能，在切换感性负载时，允许负载在没有重涌流的情况下接收全功率。二极管 d1防止损坏，由于反向连接的输入电压，而56欧姆电阻(R3)分流任何 di/dt 电流时，triac 是关闭消除错误的触发。它还将门端子与 mt1连接起来，确保 triac 完全关闭。如果与脉宽调制的 PWM 输入信号一起使用，交流负载的 ON/OFF 开关频率应设置为不到10hz 的最大值，否则这种固态继电器电路的输出开关可能无法跟上。【新课推荐】45天BMS锂离子电池管理系统设计实战线上特训班老白新课，课程包含一块板子，老白手把手教学，性价比超高 45天BMS锂离子电池管理系统设计实战线上特训班_电子发烧友学院 https://t.elecfans.com/topic/449.html 纪客老白新上好课： 45天BMS锂电池系统管理线上特训班招生啦！！！【录播课程6部+45天线上直播课+BMS电源模块开发板(成品)】录播课程如下：(学习资料礼包+全天解答交流群) 1.通用元器件基础系列￥399 2.元器件选型￥399 3.驱动电路设计大全￥399 4.防护电路￥299 5.硬件焊接调试￥499 6.电源系统分析￥599 限时优惠价￥1999 0
2022-4-28 10:24:26　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 固态继电器资料 0 • 什么是固态继电器？精选资料分享 1583 • 固态继电器介绍及工作原理 9324 • 固态继电器相关资料 0 • 什么是固态继电器常见的固态继电器应用 1941 • 继电器换固态继电器 3326 • 固态继电器怎么测好坏 4208 • 固态继电器,固态继电器电路 2875 • 固态继电器原理_固态继电器的特点 6415 • 固态继电器的检测相关资料下载 1132