另外,电磁继电器的触点是一个控制开关,在闭合或断开还会产生电弧。
由于开关在通断时,电路中电流的变化率di/dt很大,从而产生一个幅值很大的电磁脉冲。同时,如果回路中有感性元件,则在元件两端产生幅值很高的瞬时电压脉冲。且开关在闭合时,机械触点要反复跳几次才能安全闭合;断开时,所产生的尖峰电压在触点两端形成的电弧,能熄灭而又再起弧,重复几次才能断开。由于触点的反跳和产生电弧,电流的瞬变不只一次而是多次。整个转换瞬态电压实际是一组脉冲群。一般情况下,其反跳和电弧产生的间隔为几毫秒,电压尖峰持续时间约为几十微秒,这种短脉冲对电路能产生较严重的干扰,对数字信号系统可能造成几个波特的信息错误,触点开关所产生的电磁干扰如下图所示。
因此,对于某些要求较高、系统小型化且集成度高的电子电路,传统电磁继电器的抗干扰性,抗振动性以及电磁兼容性等均难以达到要求。固态继电器具有可靠性高、耐振动、速度快、无噪音、安全性好,对外界干扰小,电磁兼容性好、灵敏度高等优点而被广泛应用,其基本工作原理及特点如下:
固态继电器(SolidstateRelay缩写SSR),它是由固体电子元器件组成的无触点继电器,是一种具有输入与输出间电隔离的功率电子开关电路,用光电耦合或高频变压器两种电路形式来实现隔离输出端对输入端的影响,其中使用较多的是光电耦合器。SSR输出控制器件主要有功率三极管、双向可控硅、功率场效应管等。SSR分交流型和直流型两类,现以交流型说明其基本原理及特点,如下图框图所示。
耦合电路用光电耦合器,它是经发光二极管的电-光及光电三极管的光-电转换,通过光控制,实现了输入端与输出端的电隔离,有效地防止了输出端对输入端的影响,因此输入与输出间绝缘等级高,安全性好。
触发电路是产生合乎要求的触发信号,驱动开关电路工作,若开关电路没有特珠控制电路,则将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网,为此特设“过零控制电路”,即在交流电压刚过零时,给双向可控硅加入控制信号,使SSR打开导通,导通后即使去掉控制信号SSR继续导通,只有当交流电压再次回到零电位时,SSR才断开,等到再刚过零时,再加入控制信号,SSR再次导通。在交流电回到零电位时不加控制信号,SSR关断。这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。
开关电路一般是用双向可控硅(TRIAC)作开关器件,与负载串联工作。吸收电路是在开关器件的通断时滤除其尖峰,常用R-C串联作吸收电路。下图为典型的交流SSR电路。
SSR的主要特点如下:
1.输入功率小,灵敏度高,可以和TTL、HTL、CMOS等常用集成电路的逻辑电平兼容.适用的输入电压范围宽3V~32V;
2,转换速度快,一般为十几到几十微秒;
3.对外界干扰小,电磁兼容性好;
4.安全性好,抗干扰力强。因输入与输出采用了光电隔离,避免了输出电路对输入电路的影响,且输入电流小,无电磁继电器输入线圈关断时所产生的上百伏甚至更高的反电动势。由于无机械触点,输出电路不存在触点抖动和电弧所产生的电磁干扰和辐射干扰;
5.寿命长,在正常使用情况下,SSR的寿命就是半导体器件的寿命。在额定负载下的寿命可达108~109次动作,远高于电磁继电器的106次;
6.抗振性好,防腐蚀性好;
SSR的缺点如下:
1.导通后存在一定的管压降,一般为1V~2V,故有一定的功耗和发热;
2.半导体器件关断后仍有一定的漏电流,不如电磁继电器输出端能真正彻底关断;
3.半导体器件的温度特性较差,过载特性差;
4、成本相对较高,SSR在实际应用中也验证了以上特点。
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