光耦合电路固态继电器的功能和原理

本文主要是关于光耦合器电路的介绍，重点是详细阐述光耦合器电路的固态继电器.

固态继电器

固态继电器（SSR）是由微电子电路，分立电子设备和电力电子功率设备组成的非接触式开关. 隔离设备用于将控制端与负载端隔离. 固态继电器的输入使用微小的控制信号直接驱动大电流负载.

原理

SSR根据使用场合可分为交流型和直流型两种. 它们用作交流或直流电源上的负载开关，并且不能混合使用. 以AC SSR为例说明其工作原理. 图1是其工作原理的框图. 图1中的组件①至④构成了AC SSR的主体. 总的来说，SSR只有两个输入端子（A和B）和两个输出端子（C和D），是一个四端子设备[1].

只要在操作过程中将一定的控制信号加到A和B上，就可以控制C和D两端之间的“开”和“关”，以实现“开关”功能，其中耦合电路的功能是在输入端子和输出端子之间提供通道，用于在A端子和B端子上输入控制信号，但在SSR中将输入端子和输出端子之间的（电气）连接断开，以防止输出端子不会影响输入端子耦合电路中使用的组件是“光耦合器”，它在输入/输出端子之间具有灵敏的作用，高的响应速度和较高的绝缘（耐电压）水平；由于输入端子上的负载是发光二极管，因此使得SSR的输入端子非常容易匹配输入信号电平，并且在使用时可以直接连接到计算机输出接口，从而即，它由逻辑电平“ 1”和“ 0”控制. 触发电路的功能是产生符合要求的触发信号并驱动开关电路④工作. 但是，如果在开关电路中未添加特殊的控制电路，则会产生射频干扰，并以更高的谐波或尖峰污染电网. “零交叉控制电路”. 所谓“过零”是指当添加控制信号且交流电压过零时，SSR导通. 当断开控制信号时，SSR必须在交流电关闭时等待交流电的正半周和负半周的边界点（零电位）. 这种设计可以防止高次谐波干扰和对电网的污染. 吸收电路旨在防止开关设备双向晶闸管上的电源产生的尖峰和电涌（电压）的冲击和干扰（甚至是故障）. 通常，“ RC”串联吸收电路或非线性电阻（压敏电阻）[1].

光耦合电路固态继电器的功能和原理

光耦合器电路在电子设计过程中发挥的最大作用是隔离输出和输入信号，以确保电路的正常工作. 光耦合器电路具有抗干扰能力强，工作稳定，使用寿命长的特点. 它在普通电路中起着重要作用. 本文将介绍光耦合器电路在固态继电器中的应用

耦合式固态继电器具有体积小，耦合紧密，驱动功率小，动作快，工作温度范围宽等优点. 电路的左半部分可用于输入电信号VI

它成为光耦合器中的发光二极管来发送信号；电路的右半部分通过光耦合器中的光电晶体管将光信号恢复为电信号，因此这是一个非常好的电光和光电转换设备. 光耦合器的电流传输率为20％，耐压为150V，驱动电流在8〜20mA之间. 当光耦合器电路作用于固态继电器上时，通过实际操作可以发现通用继电器中没有实际的触点，因此不必担心由于触点接触不良而引起的Sangua火灾问题. 另外，无需担心因外力冲击而引起的误操作. 基于光耦合器的返回继电器具有出色的稳定性和可靠性.

固态继电器可以代替光电耦合器吗？

光耦合器只是一个隔离链路. 如果每个电气元件的选择足够好，则可以省略光耦合器. 但是，SSR并未完全隔离，因此在要求严格泄漏电流（例如医疗设备等）的地方，请勿跳过光耦合器. （但是您图片上的SSR似乎无法承受380V的负载）.

但是，通常在光电耦合器上有一个LED灯指示状态. 为了方便设备调试，通常需要使用它. 该灯比PLC上的小灯更直观光耦在直流固态继电器应用，也可以用于标记. 即使使用某些品牌的气动元件，电控阀的线束上也不会亮起. 要使用此功能，您需要选择该品牌的发光垫片，每片50元. 因此，我什至直接放弃了昂贵的垫片，直接在电气中添加了一组光耦合器. 哈哈，我用的是日本优质品牌的产品，每通道才8元，方便又实惠. 甚至调试主管都说这比以前更直观.

固态继电器的特征

固态继电器是具有隔离功能的非接触式电子开关，在开关过程中没有机械接触部件，

除具有与电磁继电器相同的功能外，固态继电器还兼容逻辑电路，抗振动和机械冲击，安装位置不受限制，良好的防潮性，耐霉菌性和耐腐蚀性. 输入功率小，灵敏度高，控制功率低，电磁兼容性好，噪声低，工作频率高，性能也很好.

（1）SSR内部没有机械部件，并且该结构采用完全密封的灌注方法. 因此，SSR具有抗振，耐腐蚀，寿命长，可靠性高的优点，其开关寿命可达1010万次；

（2）低噪声: AC SSR采用过零触发技术，有效降低了线路上的电压上升率dv / dt和电流上升率di / dt，使SSR长期保持最小干扰；

（3）切换时间短，约10ms，可用于频率较高的场合；

（4）在输入电路和输出电路之间采用光电隔离，绝缘电压在2500V以上；

（5）输入功耗非常低，与TTL和COMS电路兼容；

（6）输出端有保护电路；

（7）强大的负载能力. [1]

好处

（1）寿命长且可靠性高: 固态继电器没有机械部件，固态设备可完成接触功能. 由于没有活动部件，因此它们可以在高冲击和振动环境下工作. 组件的固有特性决定了固态继电器的长寿命和高可靠性.

固态继电器

固态继电器

（2）高灵敏度，低控制功率和良好的电磁兼容性: 固态继电器具有宽输入电压范围和低驱动功率. 它与大多数逻辑集成电路兼容，无需添加缓冲区或驱动器.

（3）快速转换: 由于固态继电器使用固态设备，因此切换速度可以从几毫秒到几微秒.

（4）电磁干扰小: 固态继电器没有输入“线圈”，并且没有接触引弧和回弹，因此减少了电磁干扰. 大多数交流输出固态继电器都是零电压开关，该开关在零电压时导通，在零电流时关断，从而减少了电流波形的突然中断，从而降低了开关瞬态效应.

缺点

（1）导通后的管压降大，可控硅或双向可控硅的正向压降可达到1〜2V，高功率晶体管的饱和压降也在1〜2V之间，一般功率场效应管的导通电阻也大于机械触点的接触电阻.

（2）关闭半导体器件后，仍然会有几微安至几毫安的泄漏电流，因此无法实现理想的电隔离.

（3）由于管的压降大，传导后的功率消耗和热量也很大. 大功率固态继电器的体积比同等容量的电磁继电器大得多，成本也更高.

（4）电子元件的温度特性和电子电路的抗干扰能力差，抗辐射能力

固态继电器

固态继电器

也很差. 如果不采取有效措施，工作可靠性就会降低.

（5）固态继电器对过载更敏感，因此必须通过快速熔断器或RC阻尼电路来防止过载. 固态继电器的负载显然与环境温度有关. 随着温度的升高，负载能力将迅速下降.

（6）主要缺点是存在通态压降（需要采取相应的散热措施），断态漏电流，交流和直流不能通用，触点组数少，过电流，过电压和电压上升率诸如上升率之类的指标很差.

结构

固态继电器由三部分组成: 输入电路，隔离（耦合）和输出电路.

输入电路

根据输入电压的不同类型，输入电路可以分为三种类型: 直流输入电路，交流输入电路和交流/直流输入电路. 一些输入控制电路还与TTL / CMOS，正负逻辑控制和反相兼容，并且可以轻松连接到TTL和MOS逻辑电路.

对于具有固定控制电压的控制信号，使用电阻输入电路. 保证控制电流大于5mA. 对于变化范围较大（例如3〜32V）的控制信号，使用恒流电路来确保电流在整个电压变化范围内都能可靠地以大于5mA的电流工作.

隔离耦合

固态继电器输入输出电路的隔离和耦合方法包括光电耦合和变压器耦合: 光电耦合通常使用光电二极管-光电晶体管，光电二极管双向光控晶闸管，光伏电池，以实现控制端的隔离控制从负载侧高频变压器耦合是将输入的控制信号产生的自激高频信号耦合到次级，经过检测整流后，进行逻辑电路处理，形成驱动信号.

输出电路

SSR的电源开关直接连接到电源和负载端，以实现负载电源的通断切换. 主要使用的是大功率晶体管三极管（开关晶体管），单向晶闸管（晶闸管或SCR），双向晶闸管（Triac），功率场效应晶体管（MOSFET），绝缘栅双极晶体管（IGBT）. 固态继电器的输出电路也可以分为直流输出电路，交流输出电路和交流/直流输出电路. 根据负载类型，可分为直流固态继电器和交流固态继电器. 直流输出可使用双极型器件或功率场效应晶体管，交流输出通常使用两个晶闸管或一个双向晶闸管. 交流固态继电器可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器. 交流固态继电器根据接通和断开的时间可分为随机型交流固态继电器和零交叉型交流固态继电器.

如何使用合适的散热器

除了直接在印刷电路板上安装额定电流为1-5A的固态继电器外，其余的继电器还应配备适当的散热器，并且SSR底板和散热器应涂有散热层. 润滑脂，两者紧密接触，用螺丝拧紧.

以下是一些推荐用于SSR规格的散热器，供您参考. 根据使用条件的不同，用户进行适当的调整.

如何保护SSR

A. 过流保护. SSR是一种半导体功率器件，对温度变化极为敏感. 过电流会损坏SSR，通常会使用快速熔断器. 但是我们必须了解其保护特性，了解其熔断电流与时间之间的关系，并正确选择与SSR标称电流兼容的快速熔断.

B. 增加RC吸收电路. 增加RC环路不仅可以防止过压光耦在直流固态继电器应用，而且可以提高dv / dt. 建议R为20-100Ω，功率为2-5W，C为0.1-0.47uf，耐压为250-630v. SSR标称电流小，R取上限100Ω，C取下限0.1uf，否则，R取小值，C取大值.

C，过热保护

SSR过热，特性降低，并且如果无法控制，将造成永久性损坏. 建议在SSR底板附近安装温度控制开关.

D. 电感L与感性负载串联连接. 在感性负载中，SSR通常由于电流变化率di / dt高而损坏. L的电感量取决于尺寸和成本.

结论

这是光耦合器的介绍. 如果有任何缺点，请纠正我.

本文来自电脑杂谈，转载请注明本文网址：
http://www.pc-fly.com/a/dianqi/article-228786-1.html