SSR固態(tài)繼電器工作原理

工作原理   過零觸發(fā)型AC—SSR為四端器件其內(nèi)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(gòu)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(fā)脈沖R3、R7為分流電阻分別用來保護V3和V4R8和C組成浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流防止對開關(guān)電路產(chǎn)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(qū)域內(nèi)進行觸發(fā)如圖2所示。圖中交流電壓分三個區(qū)域Ⅰ區(qū)為-10V+10V范圍稱為死區(qū)在此區(qū)域中加入輸入信號時不能使SSR導(dǎo)通。Ⅱ區(qū)為1025V和-（1025）V范圍稱為響應(yīng)區(qū)在此區(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號SSR立即導(dǎo)通。Ⅲ區(qū)為幅值大于25V的范圍稱為抑制區(qū)在此區(qū)域內(nèi)加入輸入信號SSR的導(dǎo)通被抑制。   當(dāng)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(fā)電壓而截止此時SSR關(guān)閉。當(dāng)加入輸入信號時光耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)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(nèi)時只要適當(dāng)選擇分壓電阻R4和R5就可使V2截止這樣使V3觸發(fā)導(dǎo)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(fā)脈沖而使V4導(dǎo)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(qū)內(nèi)時則因V2飽和而抑制V3和V4的導(dǎo)通而使SSR被抑制從而實現(xiàn)了過零觸發(fā)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(qū)域內(nèi)只要加入輸入信號過零觸發(fā)型AC—SSR都能導(dǎo)通。   當(dāng)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(dǎo)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(zhuǎn)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(lián)形式。若負載為電動機一類的感性負載則其靜態(tài)電壓上升率dv/dt是一個重要參數(shù)。由于單向晶閘管靜態(tài)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(lián)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(tài)繼電器以觸發(fā)形式,可分為零壓型（Z）和調(diào)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(dǎo)通。當(dāng)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(guān)斷。  Z型SSR內(nèi)部包括過零檢測電路,在施加輸入信號VIN時,只有當(dāng)負載電源電壓達到過零區(qū)時,SSR才能導(dǎo)通,并有可能造成電源半個周期的zui大延時。Z型SSR關(guān)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(yīng)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(dāng)加有感性負載時,在輸入信號截止t1之前,雙向可控硅導(dǎo)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(guān)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(nèi)部的結(jié)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(fù)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(tài),此時只受靜態(tài)電壓上升率所限制（典型值200V/ s）,因此增強型固態(tài)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(lián),改變了電流分配和導(dǎo)熱條件,提高了SSR輸出功率。  增強型SSR在大功率應(yīng)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(chǎn)品的可靠性,均超過普通固態(tài)繼電器,并達到了進口產(chǎn)品的基本指標,是替代普通固態(tài)繼電器的更新產(chǎn)品。