固态继电器(SSRs)的功能与机电式继电器相同,但它是一种不移动的非接触装置,可以将电压切换到几百伏,循环数十万次甚至更高,这使得它们非常适用于切换需要频繁和高速开关的加热元件、电机和变压器。⚙️下载本文(以及本文中的其他内容)连接系列)设计指导图书馆.
与机电式继电器相比,SSRs中的子元件完全是电子的:
1.苏维埃社会主义共和国的输入电路(像机电式继电器的线圈)连接到系统控制。当进入SSR的电压变化- 3到32伏特伏是常见的-它提示输入电路行动。在一种常见的变化中,电路在施加任何范围内电压超过继电器拾取电压值时激活,在输入电压降低到继电器辍学电压值以下时失活。
2.苏维埃社会主义共和国的耦合向继电器输出传递通电和断电命令-充当输入和输出电路之间的连接器。请注意,SSR的这部分是专门设计的,以确保输入电路与输出电路的接口以电隔离的方式,这样高功率(输出)负载电流被继电器的耦合部分隔离。这可靠地防止负载电流流向继电器输入-即使在系统故障。
SSR的耦合部分采用了多种技术:
最常见的类型是光电耦合器SSRs,它在输入电路上使用LED或红外光源与输出开关侧的光敏半导体进行通信。相比之下,变压器耦合ssr使用直流-交流转换器产生输出,通过低功率变压器与输出磁耦合。
3.下一个SSR的触发或驱动电路以a的形式连接多个设计之一:
•可控硅整流器(SCR),用于(通常)短时间“接通”周期的高速开关
•背靠背可控硅称为双向可控硅-交流电三极管的简称
•金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或达林顿晶体管(用于直流)
•直流绝缘栅双极晶体管(IGBT)
在这里,零开关操作(最常见的SSRs)以及峰值开关、直流开关和瞬时开关都是根据系统驱动的负载类型调整继电器动作的选项。例如,模拟开关使用同步电路使输出电压跟踪输入电压-并允许在SSR允许范围内的各种可能的输出电压。它们擅长于软启动设计来驱动电动马达。
4.除此之外,还有战略科学军团输出(权力)电路连接到被控制的负载。在开关后还可能包括缓冲电路(在某些情况下,反向连接二极管)或过零检测器,以减少开关期间的峰值和瞬变以及电磁干扰(EMI)。这是一个问题,因为SSRs通过附加的感性负载来切换负载电流——并且(根据法拉第定律)电流中断会导致电压上升。任何超过SSR最大额定值的上升都可能造成损害。
在SSRs excel
SSRs与各种控制系统兼容,并对磁噪声免疫;它们的固态性质意味着它们可以安装在不同的方向上,而且SSRs不受大振动的影响。确实,SSRs比某些替代品更贵,但最复杂的SSRs可以提供特别长的使用寿命。
考虑一些ssr的电机应用:
•大型传送带或装配线的电机上有可能发生堵塞
•对于有过度工作风险的商业烤箱的工业电机鼓风机,应该让门半开着
•在电流过流或启动电流不正确的电机上
•被忽视的电机和那些附着在磨损机械部件上的显示过度摩擦的电机
适用于高温环境下的通用电机
这种电机驱动的机械可能在其电源上安装了保护继电器(机电继电器和SSRs),既能感知任何此类过热,又能关闭电机以防止损坏。耐用SSRs在这类应用中广泛使用,因为它们没有移动部件来降低精度的寿命……事实上,它们的使用寿命往往比安装它们的设备更长。
管理来自SSRs的热量
这里介绍的关于ssr上的恒温器的信息最初出现在《设计世界》的姊妹网站上eeworldonline.com.
SSRs中基于半导体的开关产生不可忽略的热量,如果不加以处理,这可能会由于热循环而带来机械疲劳的风险。两种解决方案是散热器和恒温器。温控器可以由设计工程师(负责热保护的设计)添加到SSRs中,也可以由SSR制造商预先集成。
在一些带有预集成温控器的SSRs中,当SSR本身的温度超过由应用要求确定的规定的最高温度时,SSR会切断输入电路电源。经过短暂的冷却后,电源会再次自动打开。在这里,SSR的温控器感知内部电源开关装置安装的金属板的机械接口的内部温度。如果热量超过正常范围,就会向SSR发送关闭电源的信号。
这种内置的热保护通过在设备损坏发生之前提供跳闸来防止过热情况,从而节省时间和金钱。
对于想要利用这项技术并省去自己动手的麻烦的机器设计者来说,首先需要为需要控制的负载选择合适的SSR。一个关键的考虑因素是应用程序的环境工作温度,这是影响最佳降额容量的因素。换句话说,工程师必须确定SSR的额定最大功率、额定电流或额定电压,然后使用小于这些最大额定值的值。
其他设计考虑因素是使用的散热器和预期的功耗。
从这种内置热保护中获益最多的SSRs包括工业烤箱、商业制冷系统、杀菌设备、焊接设备和包装、建筑和材料搬运中的输送机。
MEMS机械开关与SSRs竞争
当微机电系统(MEMS)在20世纪80年代首次引入时,它们因其微型化机电触点的能力而受到吹捧。MEMS结构建立在硅基板上,采用与传统集成电路相同的蚀刻工艺,可用于喷墨打印头、加速度计、压力传感器等领域。但它们还没有取代传统的机械开关,部分原因是MEMS开关的微小触点无法处理太多电流。此外,MEMS开关可能出现电弧和加热,缩短开关寿命。
但是现在,采用数字微开关(DMS)智能功率继电器技术的MEMS设备可能很快会刺激更多基于MEMS的功率继电器的使用。它们结合了固态继电器和机电式继电器的优点。阅读完整的故事在设计世界姊妹网站powerelectronictips.com.DMS将MOSFET与MEMS开关并联以获得零电压开关。这降低了触点之间的开关能量,进而提高了高电压和高电流下的可靠性。开关设计还使用了金属处理,以提高支撑触点一侧的悬臂梁的可靠性——以及触点材料本身。它制造的设备能够运行30亿次循环甚至更多。事实上,功率继电器保留了传统继电器的电隔离特性,它可以集成到传统半导体封装中,提供其他智能功能。