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固體繼電器技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用與發(fā)展
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http://www.mamogu.com 發(fā)稿日期:2006-9-11
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(1) 無(wú)運(yùn)動(dòng)零部件,無(wú)機(jī)械磨損,無(wú)動(dòng)作噪聲,無(wú)機(jī)械故障,可靠性高;
(2) 無(wú)燃弧觸點(diǎn),無(wú)觸點(diǎn)間的火花、電弧,無(wú)觸點(diǎn)抖動(dòng)和磨損,對(duì)外干擾。
(3) 開(kāi)關(guān)速度迅速,動(dòng)作時(shí)間可達(dá)10-3S以下;
(4) 靈敏度高,控制功率小,可達(dá)10-3以下,能很好地與TTL、CMOS電路兼容;
(5) 抗沖擊振動(dòng)性能優(yōu)良,容易實(shí)現(xiàn)“零”壓切換;
(6) 一般用絕緣材料灌封成全封閉整體,所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能,防爆性能也極佳;
(7) 半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)工作,壽命長(zhǎng);
(8) 易實(shí)現(xiàn)附加功能。正因?yàn)镾SR具有上述突出優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用在不斷擴(kuò)大。
與電磁斷電器相比,SSR有以下弱點(diǎn):
(1) 固體“觸點(diǎn)”導(dǎo)通時(shí)有一定的壓降,可達(dá)1-2V,消耗一定的功率,直接影響SSR所控制的最大負(fù)電流和所允許的最高環(huán)境溫度,過(guò)載能力差,易導(dǎo)致熱損壞;
(2) 固體“觸點(diǎn)”斷開(kāi)時(shí)存在一定的漏電流,使輸出回路不能真正斷電;
(3) 易受溫度和幅射影響,參數(shù)穩(wěn)定性能差。由于它對(duì)瞬態(tài)失誤極敏感,有時(shí)要求附加保護(hù)器件;
(4) 一般來(lái)說(shuō),體積比機(jī)電式繼電器大,價(jià)格貴,對(duì)功率負(fù)載,還要加裝散熱片,進(jìn)一步增加了空間與成本;
(5) 實(shí)現(xiàn)多組和多組轉(zhuǎn)換較為困難;
(6) 直流SSR一般分正極和負(fù)極輸出端,使用中通用性差;
(7) 通、斷阻抗比遠(yuǎn)小于有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān),抗干擾能力差。這些弱點(diǎn)的存在,使SSR的應(yīng)用在一些方面受到限制。因而,SSR和機(jī)電繼電器將會(huì)較長(zhǎng)期共存,互為補(bǔ)充、相互促進(jìn)、結(jié)合發(fā)展,兩者將以各自的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),在其最適合的領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。
SSR在美國(guó)和日本發(fā)展較快。在美國(guó)SSR占其繼電器市場(chǎng)份額達(dá)10%以上。而我國(guó)僅占繼電器市場(chǎng)1%左右,市場(chǎng)潛力較大。據(jù)預(yù)測(cè),我國(guó)SSR市場(chǎng)將以每年20%的速度遞增,主要在電信、航空電子、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公設(shè)備、汽車(chē)控制開(kāi)關(guān)和測(cè)試設(shè)備、儀表等領(lǐng)域應(yīng)用。
固體繼電器使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
SSR性能參數(shù)測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
1)測(cè)試直流SSR接通和關(guān)斷電壓時(shí),輸入電壓不能長(zhǎng)時(shí)間處于接通與關(guān)斷之間,否則輸出端功耗急劇上升,容易燒壞輸出開(kāi)關(guān)元件。
2)測(cè)試中不要隨意加快動(dòng)作速率(一般輸入信號(hào)的一個(gè)周期長(zhǎng)應(yīng)為接通和關(guān)斷時(shí)間之和的10倍以上),否則因動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)損耗大無(wú)法工作,甚至燒壞輸出開(kāi)關(guān)元件。
3)測(cè)試時(shí),首先要了解輸出電流與殼溫(環(huán)境溫度)之間的關(guān)系曲線(殼溫上升或不帶散熱器時(shí)額定輸出電流會(huì)下降),避免過(guò)載引起永久性失效。
4)SSR在關(guān)斷狀態(tài)下輸出兩端不能實(shí)現(xiàn)完全的隔離,存在一定的漏電流,在較高電壓下測(cè)試介質(zhì)耐壓和絕緣電阻在使用時(shí),易發(fā)生觸電事故。輸出兩端絕不可測(cè)試絕緣電阻或耐壓。SSR使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
1)在實(shí)際使用時(shí),必須使產(chǎn)品的實(shí)際使用條件完全符合產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)和特性曲線的要求。
2)SSR受溫度影響較大,使用時(shí)要考慮好散熱(一般負(fù)載電流>5A時(shí)應(yīng)裝散熱片),當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí),SSR的負(fù)載能力必然相應(yīng)下降,因此選用SSR時(shí)須留有一定的余量。
3)當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),將承受P=V(管壓降)×I(負(fù)載)的耗散功率。因此必須根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境,合理選用散熱器的尺寸或降低負(fù)載電流使用。4)SSR不允許過(guò)壓過(guò)流工作。由于白熾燈、電爐等負(fù)載的“冷阻”特性,將導(dǎo)致開(kāi)通瞬間的浪涌電流(一般為額定負(fù)載電流的7倍或更大)。對(duì)此類(lèi)負(fù)載,負(fù)載能力應(yīng)留有充分的余量。
5)在實(shí)際運(yùn)行中負(fù)載短路極易造成繼電器損壞。應(yīng)采用快速熔斷器和空氣開(kāi)關(guān)保護(hù),避免因負(fù)載短路造成繼電器損壞。
6)輸入工作電壓的波動(dòng)系數(shù)應(yīng)保證在5%以內(nèi)。
7)為了確保繼電器正常工作,環(huán)境溫度較低時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大輸入電流,溫度較高時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小輸入電流值。
8)若輸入電壓過(guò)高,接近或超過(guò)極限時(shí),可外接限流電阻。
9)若用IC直接驅(qū)動(dòng)繼電器輸入時(shí),應(yīng)有足夠的負(fù)載能力和盡可能低的“0”電平輸入。
輸出端工作條件:為確保SSR可靠工作,必須正確使用繼電器的最大極限參數(shù)和采取必要的保護(hù)方法。
1) 峰值電壓選擇:對(duì)于不同性質(zhì)的負(fù)載應(yīng)正確選擇繼電器的最大峰值電壓。
電感負(fù)載:應(yīng)選取線路電壓(有效值)的2-3倍。
純電阻負(fù)載:應(yīng)選取線路電壓(有效值)的1.5-2倍。
2) 輸出端RC浪涌吸收回路:繼電器的內(nèi)部裝有RC浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)?筛鶕(jù)實(shí)際需要外接RC吸收網(wǎng)絡(luò)。
3) 電源端使用RC浪涌吸收回路:以消除電網(wǎng)在切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓對(duì)繼電器造成的損壞。
4) SSR開(kāi)路時(shí),開(kāi)路電阻不是無(wú)窮大,產(chǎn)生一定的漏電流,設(shè)計(jì)線路時(shí)要注意到。SSR常見(jiàn)失效及原因分析
1)、繼電器不斷開(kāi):
(1) 負(fù)載電流大于SSR的額定切換電流,這樣會(huì)使繼電器永久短路,此時(shí)應(yīng)使用額定電流較大的SSR。
(2) 在繼電器所處的環(huán)境溫度下,對(duì)于所承受的電流來(lái)說(shuō)如散熱不良,會(huì)損壞輸出半導(dǎo)體器件,此時(shí)應(yīng)使用較大的或更有效的散熱片。
(3) 線電壓瞬變引起SSR輸出部分穿通,此時(shí)應(yīng)使用額定電壓較高的SSR或提供額外的瞬態(tài)保護(hù)電路。
(4) 使用的線電壓高于SSR的額定電壓。2)、切斷輸入后SSR才斷開(kāi):
在SSR應(yīng)該斷開(kāi)的時(shí)候,測(cè)量輸入電壓,如果測(cè)得的電壓低于必須釋放電壓,表明斷電器的釋放電壓太低,應(yīng)更換繼電器如果測(cè)得的電壓高于SSR的必須釋放電壓,則是SSR輸入端前面的線路有問(wèn)題,必須改正。
3)、繼電器不導(dǎo)通
(1) 在繼電器應(yīng)該導(dǎo)通時(shí),測(cè)量輸入電壓,如果該電壓低于必須動(dòng)作電壓,表明SSR輸入端前面的線路有問(wèn)題;如果輸入電壓高于必須動(dòng)作電壓,查對(duì)電源極性并在必要時(shí)加以更正。
(2) 測(cè)量SSR的輸入電流,如無(wú)電流,則系SSR開(kāi)路,該繼電器有故障;如果有電流,但低于繼電器的動(dòng)作值,是SSR前面的線路有問(wèn)題,必須改正。
(3) 檢查SSR的輸入部分,測(cè)量SSR輸出兩端的電壓,如果電壓低于1V,表明繼電器以外的線路或負(fù)載開(kāi)路并應(yīng)進(jìn)行修理;如果存在線電壓,則可能是負(fù)載短路,使電流過(guò)大引起繼電器失效。繼電器工作不規(guī)則
1) 檢查所有接線是否正確、連接不牢或不正確產(chǎn)生的故障。
2) 檢查輸入和輸出的引線是否在一起。
3) 對(duì)于非常靈敏的SSR,噪聲也能耦合到輸入端而引起不規(guī)則導(dǎo)通。
交流電動(dòng)機(jī)或螺線管負(fù)載造成顫動(dòng)由于交變的dv/dt問(wèn)題,SSR可以有半周波動(dòng),此時(shí),采用緩沖器是有幫助的。
固體繼電器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)SSR一般由三個(gè)部分組成:輸入(控制電路)部分、隔離(或耦合)部分和輸出(或負(fù)載電路)部分。與機(jī)電繼電器相比,耦合部分是固態(tài)繼電器關(guān)鍵之一。按隔離形式SSR分為光隔離型與磁隔離型。
光隔離式和變壓器式隔離直流性能比較如表1所示。光隔離式線路簡(jiǎn)單,可以做到全硅化,輸入電壓范圍大,靈敏度高,輸出線路可以構(gòu)成多種形式,但由于光耦中的發(fā)光二極管老化效應(yīng)和受溫度影響圈套,使其壽命和可靠性受到一定限制。光MOS繼電器被認(rèn)為是第三代SSR,其主要優(yōu)點(diǎn)在于泄漏電流小,1/0隔離性好,輸出特性優(yōu)良;變壓器隔離因是永久性器件,無(wú)明顯老化,其可靠性、溫度范圍、反應(yīng)時(shí)間等都比光電隔離式優(yōu)越。但因其有振蕩電路,在激勵(lì)期間一直在幅射電磁能,對(duì)外形成電磁干擾。
我國(guó)SSR的主要生產(chǎn)廠家有青島大星電子有限公司(年產(chǎn)700萬(wàn)只以上)、北京科通電子繼電器總廠、蘇州半導(dǎo)體廠、咸海新佳電子公司、北京希漫頓自動(dòng)化研究所,陜西群力無(wú)線電器材廠(792廠)、江蘇高郵市東郊自動(dòng)控制器件廠、北京特立電子有限公司、北京如春新技術(shù)開(kāi)發(fā)研究所、上海超誠(chéng)電子技術(shù)研究所、桂林航天電器公司、無(wú)錫市固態(tài)繼電器廠、無(wú)錫市康裕電器元件廠、蘇州無(wú)線電元件一廠、衢州電子繼電器研究所、杭州朗寧電子有限公司、樂(lè)清市利爾清繼電器有限公司、寧波陽(yáng)明機(jī)電有限公司、齊齊哈爾電子半導(dǎo)體器件廠等。
從SSR設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)講,各生產(chǎn)廠家的差異主要在線路設(shè)計(jì)、芯牌制造工藝及控制?v觀全球,SSR技術(shù)發(fā)展方向:①減小導(dǎo)通電阻,擴(kuò)大應(yīng)用范圍。②降低大功率SSR的成本。目前,電功率SSR的售價(jià)已下降50%左右。③微小型化。SE系列SSR的質(zhì)量?jī)H4g。④高速化。⑤高壓/大電流牌式化。⑥耐高壓/大電流的三相繼電器電壓240V-480V電流通渠道50-150A,帶有AC/DC控制和零電壓開(kāi)關(guān)。⑦開(kāi)發(fā)特殊用途的SSR,如高可靠性SSR(耐振動(dòng)、沖擊、抗輻照等)、高溫SSR(125℃、200℃)、射頻SSR、高壓SSR(10萬(wàn)V)、高絕子元SSR(1015Ω)等。
SSR目前重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)低價(jià)位、高可靠、小型化家電用SSR、汽車(chē)用SSR、大功率SSR、智能化SSR及特種SSR。
我國(guó)已將SSR列為新型電子元器件“十五”發(fā)展重點(diǎn)。隨著電子技術(shù)、光電子技術(shù)的SSR性能不斷提高,導(dǎo)通電阻降至 以下,斷路漏電流1WA以下,天并時(shí)間降至10us以下,負(fù)載能力直流達(dá)1000A,可實(shí)現(xiàn)多組轉(zhuǎn)換。 - ■ 與【固體繼電器技術(shù)特點(diǎn)應(yīng)用與發(fā)展】相關(guān)新聞
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