固態(tài)繼電器( Solid State Relay)簡(jiǎn)稱SSR,是一種由集成電路和分立元器件組合而成的“一體化”無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)器件,它采用電子線路實(shí)現(xiàn)繼電器的功能,依靠光電耦合器(或其他耦合方式)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)(輸入回路)與被控制系統(tǒng)(輸出回路)之間的電氣隔離。由于在開(kāi)關(guān)過(guò)程中無(wú)機(jī)械接觸部件,因此具有控制功率小、可靠性高、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪音、無(wú)火花、無(wú)電磁干擾、開(kāi)關(guān)速度快和工作頻率高等突出優(yōu)點(diǎn)。
固態(tài)繼電器自1974年問(wèn)世以來(lái),已在許多自動(dòng)化控制裝置中取代了電磁繼電器,并且廣泛用于電磁繼電器無(wú)法應(yīng)用的領(lǐng)域。
結(jié)構(gòu)及原理
常用固態(tài)繼電器幾乎都是模塊化的四端有源器件,其中兩端為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端,其基本構(gòu)成如圖29-1所示。器件中多采用光電耦合器實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離。輸出受控端利用開(kāi)關(guān)三極管、雙向晶閘管等半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性,實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)火花地接通和斷開(kāi)外接控制電路的目的。整個(gè)器件無(wú)可動(dòng)部件及觸點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于常用電磁繼電器一樣的功能。
普通固態(tài)繼電器的內(nèi)部等效電路如圖29-2所示。當(dāng)給固態(tài)繼電器的輸入端IN接上合適的控制信號(hào)時(shí),其輸出端OUT就會(huì)從關(guān)斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài);控制信號(hào)撤消后,輸出端OUT恢復(fù)關(guān)斷狀態(tài)。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出端所接負(fù)載(注意負(fù)載應(yīng)串入輸出端回路)電源的無(wú)觸點(diǎn)“開(kāi)”或“關(guān)”自動(dòng)控制。
固態(tài)繼電器按輸出端極性的不同,可分為直流式和交流式兩大類。直流固態(tài)繼電器( DC-SSR)的電路原理參見(jiàn)圖29-2( a),其控制電壓由輸入端IN輸入,通過(guò)光電耦合器將控制信號(hào)耦合至接收電路,經(jīng)放大處理后驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)三極管VT導(dǎo)通。顯然,直流固態(tài)繼電器的輸出端OUT在接入被控電路回路中時(shí),是有正、負(fù)極之分的。交流固態(tài)繼電器(AC-SSR)的電路原理參見(jiàn)圖29-2 (b),與直流固態(tài)繼電器不同的是,其開(kāi)關(guān)元件采用了雙向晶閘管VS或其他交流開(kāi)關(guān),因此它的輸出端OUT無(wú)正、負(fù)極之分,可以控制交流回路的通斷。
由于固態(tài)繼電器的輸入端和輸出端之間采用了成熟可靠的光電隔離等技術(shù),這使得所接控制弱電和被控強(qiáng)電在電氣上完全隔離,因此從各種弱電設(shè)備輸出的信號(hào)可以直接加在固態(tài)繼電器的輸入控制端上,無(wú)需另外的保護(hù)電路等。固態(tài)繼電器和傳統(tǒng)的電磁繼電器相比較,具有的優(yōu)點(diǎn)是:工作可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪聲、無(wú)火花、無(wú)電磁干擾、開(kāi)關(guān)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、耐沖擊、耐振動(dòng)、防爆、防潮、防腐蝕,能與TTL. DTL. HTL等邏輯電路兼容,可以通過(guò)微小的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載的目的。正因?yàn)槿绱?,固態(tài)繼電器在很多領(lǐng)域正逐漸取代電磁繼電器。
但固態(tài)繼電器也存在一些缺點(diǎn),主要是輸出端在導(dǎo)通時(shí)存在一定的電壓降,即本身有功耗,需采取相應(yīng)的散熱措施;在斷開(kāi)時(shí)存在一定的漏電流。另外,固態(tài)繼電器的控制狀態(tài)比較單一、過(guò)載能力差,并且直流繼電器和交流繼電器不能通用。
外形和種類
固態(tài)繼電器按封裝材料不同,可分為如圖29-3( a)所示的塑料殼封裝型(帶散熱板或不帶散熱板)、金屬殼封裝型(多用環(huán)氧樹(shù)脂灌封)兩大類;按外形結(jié)構(gòu)不同,可分為如圖29-3 (b)所示的雙列直插式、針孔焊接式、插接式、裝置式等。雙列直插式和針孔焊接式的輸出端工作電流一般在5A以下,可直接在印制電路板上安裝焊接,且不需散熱板,其封裝形式多為全塑料封裝或金屬殼封裝;插接式需配有專用插接件,使用時(shí)只要插入配套的插件即可;裝置式適合在配電板上安裝,其容量在10A以上,一般要求配有大面積的散熱板。
如果按照輸出端所控負(fù)載功率的大小分類,可分為如圖29-3( c)所示的小功率固態(tài)繼電器、中功率固態(tài)繼電器和大功率固態(tài)繼電器。按照輸出端所控負(fù)載的極性不同,可分為如圖29-3 (d)所示的直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼電器兩大類,其中交流固態(tài)繼電器應(yīng)用比較普遍。交流固態(tài)繼電器按開(kāi)關(guān)方式不同,可分為過(guò)零型(Z型)和隨機(jī)型(P型),按輸出開(kāi)關(guān)元件不同,可分為普通型(雙向晶閘管輸出型)和增強(qiáng)型(單向晶閘管反并聯(lián)型)。
另外,按照固態(tài)繼電器內(nèi)部所采用元器件的不同,可分為分立元器件組裝型、厚膜電路組裝型、單片集成電路組裝型等。按照所采用電氣隔離元器件的不同,可分為光電隔離型(包括光電耦合器、光控晶體管和光控晶閘管等)、干簧繼電器隔離型、變壓器隔離型等。
基本參數(shù)
固態(tài)繼電器的主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)分輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、其他參數(shù)3大類,現(xiàn)將主要參數(shù)介紹如下。
①輸入電壓范圍/輸入電流。輸入電壓范圍是指在環(huán)境溫度25℃以下,能夠使固態(tài)繼電器正常工作所必須(指最小值)或允許(指最大值)輸入的電壓范圍值。而輸入電流則是指在某一特定輸入電壓下,所對(duì)應(yīng)的輸入電流值。
②可接通電壓/可關(guān)斷電壓??山油妷菏侵冈?/span>輸入端所加的電壓達(dá)到或大于該電壓值時(shí),能夠確保輸出端導(dǎo)通;可關(guān)斷電壓是指在輸入端所加的電壓達(dá)到或低于該電壓值時(shí),能夠確保輸出端關(guān)斷。
③額定輸出電壓/額定工作電流。額定輸出電壓是指輸出端所能夠承受的最高負(fù)載工作電壓。額定工作電流則是指在環(huán)境溫度25℃時(shí),輸出端所能夠通過(guò)的最大穩(wěn)態(tài)工作電流。
④輸出電壓降/輸出漏電流。輸出電壓降是指固態(tài)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),在額定工作電流下所測(cè)得的輸出端電壓值。輸出漏電流是指固態(tài)繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),在輸出端施加額定輸出電壓的條件下所測(cè)得的流經(jīng)負(fù)載的電流值。顯然,衡量一個(gè)固態(tài)繼電器的優(yōu)劣,它的輸出電壓降和輸出漏電流均應(yīng)越小越好。
⑤浪涌電流。這是指固態(tài)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),輸出端所能承受、且不致造成器件永久性損壞的非重復(fù)最大浪涌(或過(guò)載)電流。交流固態(tài)繼電器的浪涌電流為額定工作電流的5 -10倍(1個(gè)周期),直流產(chǎn)品為額定工作電流的1.5 -5倍(1s)。
⑥功耗。這是指固態(tài)繼電器在激勵(lì)和去激勵(lì)兩種狀態(tài)下,本身所耗散的最大功率值。
⑦接通時(shí)間/關(guān)斷時(shí)間。接通時(shí)間是指常開(kāi)型固態(tài)繼電器從施加輸入電壓開(kāi)始,到輸出端開(kāi)始導(dǎo)通且輸出電壓達(dá)到其電壓最終變化的90%時(shí),所需要的時(shí)間長(zhǎng)短。關(guān)斷時(shí)間是指常開(kāi)型固態(tài)繼電器從切除輸入電壓開(kāi)始,到輸出端開(kāi)始關(guān)斷且輸出電壓達(dá)到其電壓最終變化的90%時(shí),所需要的時(shí)間間隔。顯然,接通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間越短,說(shuō)明固態(tài)繼電器的開(kāi)關(guān)性能越好。
⑧過(guò)零電壓。針對(duì)交流過(guò)零型固體繼電器而言,它是指輸入端加上額定電壓,能使繼電器輸出端導(dǎo)通的最大起始電壓。
⑨絕緣電阻/絕緣強(qiáng)度。絕緣電阻是指固態(tài)繼電器輸入端與輸出端、輸入端與外殼(包括散熱底板)、輸出端與外殼之間,在施加上一定直流電壓(如550V)時(shí),所測(cè)量得到的電阻值。絕緣強(qiáng)度也叫介質(zhì)耐壓,它是指輸入與輸出端、輸出端與外殼、輸入端與外殼之間所能夠承受的最大電壓值。
⑩工作溫度/最高結(jié)溫。工作溫度是指固態(tài)繼電器按規(guī)范安裝或不安裝散熱板時(shí),所允許的正常工作環(huán)境溫度范圍。最高結(jié)溫則是指輸出開(kāi)關(guān)元件所允許的最高結(jié)溫。
型號(hào)命名
國(guó)產(chǎn)固態(tài)繼電器最常用的型號(hào)命名(部頒標(biāo)準(zhǔn))一般由6部分組成,其格式和含義如圖29-4所示。第1部分用字母“JG”表示固態(tài)繼電器;第2部分用字母表示產(chǎn)品的體積大小,其中“W”代表“微型”、“C”代表“超小型”、“×”代表“小型”;第3部分用數(shù)字表示產(chǎn)品序號(hào);第4部分用字母表示產(chǎn)品分類,其中“F”代表封閉式交流輸出、“FA”代表封閉式直流輸出、 “M”代表金屬全密封;第5部分用數(shù)字和字母表示規(guī)格參數(shù)——頭一組數(shù)字。
表示最大輸入電壓(單位“V”不標(biāo)出),后兩組數(shù)為額定工作電流和額定輸出電壓;第6部分用數(shù)字表示產(chǎn)品類型,其中 “O”代表過(guò)零型、“1”代表 “隨機(jī)(調(diào)相)型”,直流輸出的產(chǎn)品無(wú)此數(shù)字。例如:某固態(tài)繼電器的型號(hào)為JGX-IOF/01 4—40A220V-O,它表示該產(chǎn)品是小型塑封式過(guò)零型交流輸出固體繼電器,最大直流輸入電壓為14V,額定工作電流為40A,額定輸出電壓為220V。有時(shí)在電路圖等資料中型號(hào)的后3部分被省略,僅標(biāo)出前3部分。
目前,國(guó)內(nèi)外固態(tài)繼電器的型號(hào)命名方法五花八門,即使是國(guó)內(nèi)各廠家的產(chǎn)品,往往在型號(hào)命名及規(guī)格標(biāo)志上也存在很大差異。例如:北京靈通電子有限公司生產(chǎn)的“靈通”系列固態(tài)繼電器,其第1部分用字母“S”表示普通交流固態(tài)繼電器(大功率產(chǎn)品不標(biāo)字母),“D”表示普通直流固態(tài)繼電器,并且“S”或“D”前面加有“H”表示該產(chǎn)品為“增強(qiáng)型”;第2部分用字母“A”表示控制信號(hào)為“交流電”,如無(wú)此字母則表示為“直流電”;第3部分用數(shù)字表示工作電壓,其中“2”表示“24 - 240V”、“3”表示“40 - 420V”、“6”表示“45 - 660V”;第4部分用數(shù)字表示額定工作電流,單位A(不標(biāo)出);第5部分用字母表示產(chǎn)品類型,其中“Z”代表過(guò)零型、“P”代表“隨機(jī)(調(diào)相)型”,直流輸出的產(chǎn)品此位無(wú)字母;第6部分用字母表示外形,常見(jiàn)字母有“K”、“L”、“W”、“F”等幾種.表29-1給出了幾種常用固態(tài)繼電器的型號(hào)及性能參數(shù).僅供參考。
表28-1 幾種常用國(guó)產(chǎn)干簧繼電器的性能參數(shù) | ||||||||||
型號(hào) | 線圈數(shù)據(jù) | 額定電 壓或電 流(mA) | 吸合 電流 (mA) | 釋放 電流 (mA) | 觸點(diǎn)數(shù)據(jù) | 裝干簧 管數(shù)量 | ||||
線徑 (mm) | 直流電阻(Ω) | 匝數(shù) | 觸點(diǎn) 負(fù)荷 | 接觸 電阻 | 壽命 (次) | |||||
JAG-2-1HA | 0.1 | 93士5% | 2200 | 6V | ≤44 | ≥9 | 24V×0.2A (直流) | 0.07 | 107 | 1 |
JAG-2-1HB | 0.07 | 370±5% | 4200 | 12V | ≤22 | ≥45 | ||||
JAG-2-1HC | 0.05 | 120015y0 | 7000 | 24V | ≤13.5 | ≥3 | ||||
JAG-2-1ZA | 0.1 | 93士5% | 2200 | 6V | ≤44 | ≥9 | 24V×O.1A (直流) | 0.15 | 1 | |
JAG-2-1ZB | 0.07 | 370±5% | 4200 | 12V | ≤22 | ≥45 | ||||
JAG-2-1ZC | 0.05 | 1200±5% | 7000 | 24V | ≤13.5 | ≥3 | ||||
JAG-4-2HA | 0.09 | 200士10% | 2600 | 32mA | ≤16 | ≥3 | 12V×0.05A (直流) | 0.15 | 2 | |
JAG-4-2HB | 0.07 | 520士10% | 4300 | 20mA | ≤10 | ≥1.8 | ||||
JAG-4-2HC | 0.05 | 2000±10% | 7300 | 12mA | ≤6 | ≥1 | ||||
JAG-4-3HA | 0.11 | 130士10% | 2100 | 46mA | ≤23 | ≥3.5 | 12V×0.05A (直流) | 0.15 | 3 | |
JAG-4-3HB | 0.08 | 460士107/0 | 3600 | 26mA | ≤13 | ≥2 | ||||
JAG-4-3HC | 0.05 | 2180±10% | 7200 | 13mA | ≤6.5 | ≥1 | ||||
JAG-4-4HA | 0.13 | 90±10% | 1600 | 60mA | ≤30 | ≥4.5 | 12V×0.05A (直流) | 0.15 | 4 | |
JAG-4-4HB | 0.1 | 270土10% | 2800 | 40mA | ≤20 | ≥2.8 | ||||
JAG-4-4HC | 0.06 | 1180±10% | 4800 | 20mA | ≤10 | ≥1.6 | ||||
JAG-5-2H- 12V | 0.27 | 50±10% | 2500 | 12V | ≤130 | ≥35 | 最大電壓 300V(直 流) 最大電流2A 最大功率 200W | 0.5 | 5 | 2 |
JAG-5-22- 12V | ||||||||||
JAG-5-2H- 27V | 0.17 | 310±10% | 6000 | 27V | ≤55 | ≥14 | ||||
JAG-5-22- 27V |
固態(tài)繼電器的型號(hào)中包含了產(chǎn)品的主要特征和重要參數(shù)信息,由于各廠家對(duì)產(chǎn)品型號(hào)命名的方法不統(tǒng)一,給使用者帶來(lái)了一定的不便。這就要求使用者在選用固態(tài)繼電器時(shí),必須認(rèn)真查閱廠家說(shuō)明書(shū),弄清楚產(chǎn)品的命名方法,弄清楚主要電氣參數(shù),確保正確合理地使用。
產(chǎn)品標(biāo)識(shí)
常用固態(tài)繼電器都是四端器件,其外殼除了標(biāo)出國(guó)29-5( a)所示的產(chǎn)品名稱(有時(shí)用字母“SSR”表示)、型號(hào)、廠家銘牌外,還將引腳功能直接標(biāo)示在外殼上,如圖29-5 (b)所29沒(méi)有觸點(diǎn)的固態(tài)繼電器示.體積較大的大功率固態(tài)繼電器,不僅標(biāo)志出了引腳功能,而且還將輸入電壓范圍或輸入電流、額定輸出電壓和額定工作電流等參數(shù)直接標(biāo)示在相應(yīng)的引腳附近,如圖29-5( C)所示??梢?jiàn),盡管固態(tài)繼電器(尤其是微、超小型產(chǎn)品)的輸入端和輸出端在排列順序上沒(méi)有什么規(guī)律,但其引腳識(shí)別起來(lái)還是比較容易的。
有些固態(tài)繼電器的外殼上面還開(kāi)出了一個(gè)小圓孔,并露出紅色發(fā)光二極管的管帽,該發(fā)光二極管多系輸入端工作狀態(tài)指示燈,這是普通電磁繼電器所沒(méi)有的,如圖29-5 (d)所示。如果需要了解更詳細(xì)的參數(shù)和性能特點(diǎn)等,需要查閱廠家產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)或固態(tài)繼電器產(chǎn)品手冊(cè)。
電路符號(hào)
固態(tài)繼電器在電路圖中的表示符號(hào)見(jiàn)圖29-6。注意:圖形符號(hào)各引腳旁邊(方框內(nèi)、外均可)分別標(biāo)出電極性符號(hào),輸入端和輸出端按慣例不要畫(huà)在同一邊或相鄰的一邊上。當(dāng)同一個(gè)電路圖中出現(xiàn)多個(gè)固態(tài)繼電器時(shí),可按習(xí)慣在文字符號(hào)后面加上數(shù)字編號(hào),以示區(qū)別。