光耦電路的固態(tài)繼電器的作用和原理

本文主要是關于光耦電路的相關介紹，并著重對光耦電路的固態(tài)繼電器進行了詳盡的闡述。

固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器（Solid State Relay，縮寫SSR），是由微電子電路，分立電子器件，電力電子功率器件組成的無觸點開關。用隔離器件實現(xiàn)了控制端與負載端的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端用微小的控制信號，達到直接驅動大電流負載。

原理

SSR按使用場合可以分成交流型和直流型兩大類，它們分別在交流或直流電源上做負載的開關，不能混用。下面以交流型的SSR為例來說明它的工作原理，圖1是它的工作原理框圖，圖1中的部件①～④構成交流SSR的主體，從整體上看，SSR只有兩個輸入端（A和B）及兩個輸出端（C和D），是一種四端器件 ［1］ 。

工作時只要在A、B上加上一定的控制信號，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，實現(xiàn)“開關”的功能，其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開SSR中輸入端和輸出端之間的（電）聯(lián)系，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、響應速度高、輸入/輸出端間的絕緣（耐壓）等級高;由于輸入端的負載是發(fā)光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用時可直接與計算機輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產生合乎要求的觸發(fā)信號，驅動開關電路④工作，但由于開關電路在不加特殊控制電路時，將產生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網，為此特設“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當加入控制信號，交流電壓過零時，SSR即為通態(tài);而當斷開控制信號后，SSR要等待交流電的正半周與負半周的交界點（零電位）時，SSR才為斷態(tài)。這種設計能防止高次諧波的干擾和對電網的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌（電壓）對開關器件雙向可控硅管的沖擊和干擾（甚至誤動作）而設計的，一般是用“R-C”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻（壓敏電阻器） ［1］ 。

光耦電路的固態(tài)繼電器的作用和原理

光耦電路在電子設計過程中起到的最大作用就是對輸出輸入信號進行隔離，從而保證電路的正常運行。光耦電路擁有抗干擾能力強、工作穩(wěn)定、使用壽命長等特點，在常見電路中發(fā)揮著重要的作用，本文就將針對光耦電路在固體繼電器中的應用進行介紹

耦作固體繼電器具有體積小、耦合密切、驅動功率小、動作諫度快、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，它的左半部分電路可用于將輸入的電信號Ⅵ

變成光耦內發(fā)光二極管發(fā)信號;而右半部分電路則通過光耦內的光敏三極管再將光信號還原成電信號，所以這是一種非常好的電光與光電聯(lián)合轉換器件。光耦的電流傳輸比為20%，耐壓為150V，驅動電流在8~20mA之間在光耦電路作用于固態(tài)繼電器時，通過實際操作可以發(fā)現(xiàn)由于沒有一般繼電器中的實際接點，所以不用擔心因接觸不良三瓜打火問題。此外也不必擔心由外力撞擊引起的誤操作基于光耦電路的回態(tài)繼電器在穩(wěn)定性與可靠性上的表現(xiàn)都非常優(yōu)秀。

固態(tài)繼電器是不是可以代替光電耦合器

光耦只是一個隔離環(huán)節(jié)，如果電氣各個組件的選型夠好，是可以不要光耦的．但SSR并不是完全隔離的，所以在漏電流要求嚴格的場合（比如醫(yī)療器械什么的）不應該跳過光耦。（不過你圖上的SSR好象帶不了380V的負載吧）。

不過一般在光偶上都有個LED燈用于指示狀態(tài)。為了方便設備調試，偶一般還是要用的。這個燈可比PLC上的小小的燈直觀多了，而且還可以貼標簽什么的很好用。偶選用的某牌子的氣動元件，電控閥的線包上是沒燈的，要有這個功能需要選用這個牌子的發(fā)光墊片，靠，要50大元1片。所以偶就直接放棄這個敲詐勒索的發(fā)光墊片，直接在電氣里增加一組光耦，呵呵，用了一款質量很好日本的牌子的產品，也才平均8元一個通道，方便又實惠，連調試的師傅都說這個比以前更直觀。

固態(tài)繼電器的特點

固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，

因此固態(tài)繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。

（1）SSR內部無機械部件，結構上采用了灌注全密封方式，因此，SSR具有耐振、耐腐蝕、長壽命及高可靠等優(yōu)點，其開關壽命高達1010萬次;

（2）低噪聲：交流型SSR采用了過零觸發(fā)技術，因此在線路上有效地降低了電壓上升速率dv/dt和電流上升速率di/dt值，使SSR長期工作時對市電的干擾極小;

（3）開關時間短，約為10ms，可應用在頻率較高的場合;

（4）輸入電路與輸出電路之間采用光電隔離，絕緣電壓2500V以上;

（5）輸入功耗很低，與TTL，COMS電路兼容;

（6）輸出端有保護電路;

（7）負載能力強。 ［1］

優(yōu)點

（1）高壽命，高可靠：固態(tài)繼電器沒有機械零部件，由固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高。

固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器

（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。

（3）快速轉換：固態(tài)繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。

（4）電磁干擾?。汗虘B(tài)繼電器沒有輸入“線圈”，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態(tài)效應。

缺點

（1）導通后的管壓降大，可控硅或雙向控硅的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2V之間，一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。

（2）半導體器件關斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。

（3）由于管壓降大，導通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。

（4）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力

固態(tài)繼電器

固態(tài)繼電器

也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。

（5）固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態(tài)繼電器的負載與環(huán)境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。

（6）主要不足是存在通態(tài)壓降（需相應散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點組數(shù)少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標差。

結構

固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路。

輸入電路

按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負邏輯控制和反相等功能，可以方便的與TTL，MOS邏輯電路連接。

對于控制電壓固定的控制信號，采用阻性輸入電路?？刂齐娏鞅ＷC在大于5mA。對于大的變化范圍的控制信號（如3~32V）則采用恒流電路，保證在整個電壓變化范圍內電流在大于5mA可靠工作。

隔離耦合

固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種：光電耦合通常使用光電二極管—光電三極管，光電二極管—雙向光控可控硅，光伏電池，實現(xiàn)控制側與負載側隔離控制；高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號產生的自激高頻信號經耦合到次級，經檢波整流，邏輯電路處理形成驅動信號。

輸出電路

SSR的功率開關直接接入電源與負載端，實現(xiàn)對負載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管（開關管-Transistor），單向可控硅（Thyristor或SCR），雙向可控硅（Triac），功率場效應管（MOSFET），絕緣柵型雙極晶體管（IGBT）。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。按負載類型，可分為直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼電器。直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管，交流輸出時通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅。而交流固態(tài)繼電器又可分為單相交流固態(tài)繼電器和三相交流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器，按導通與關斷的時機，可分為隨機型交流固態(tài)繼電器和過零型交流固態(tài)繼電器。

如何配用適當?shù)纳崞?/p>

除了額定電流1—5A直接安裝在印刷線路板上的固態(tài)繼電器以外，其余都應配置適當?shù)纳崞?，而且SSR底板與散熱器之間要涂上導熱硅脂，兩者緊密接觸，用螺絲擰緊。

下面推薦一些規(guī)格SSR所用的散熱器，給用戶做參考。隨著使用條件的不同，用戶再做適當?shù)恼{整。

如何保護SSR

A、過流保護。SSR是半導體功率器件，對溫度變化極為敏感，過流會使SSR損壞，通常使用快速熔斷器。但要了解它的保護特性，知道其熔斷電流與時間的關系，正確選擇與SSR標稱電流相適應的快熔。

B、加RC吸收回路。加RC回路不但有防止過電壓的作用，而且對改善dv/dt有好處。建議R為20—100Ω，功率為2—5W，C為0.1—0.47uf，耐壓為250—630v. SSR標稱電流小R取上限100Ω，C取下限0.1uf，反之，R取小值，C取大值。

C、過熱保護

SSR過熱，特性下降，輕則失控重則造成永久性損壞，建議在靠近SSR底板處加裝溫控開關，溫控點在75到80℃。

D、在電感負載中串接電感L。在感應負載里，通常因電流變化率di/dt高而使SSR損壞。L電感量多大，這要根據體積大小和成本高低而定。

結語

關于光耦的相關介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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