固態(tài)繼電器工作原理

1、固態(tài)繼電器內(nèi)容 1.固態(tài)繼電器的介紹 2.固態(tài)繼電器的工作原理 1.固態(tài)繼電器的介紹1.11.1固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名固態(tài)繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為稱為Solid State RelaySolid State Relay，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱SSRSSR。它是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個(gè)輸入控制端，兩個(gè)輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號(hào)到一定電流值后，輸出端就能從斷態(tài)轉(zhuǎn)變成通態(tài)。1.21.2固態(tài)繼電器可分類。固態(tài)繼電器可分類。1）交流固態(tài)繼電器按開(kāi)關(guān)方式分有電壓過(guò)零導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱過(guò)零型）和隨

2、機(jī)導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱隨機(jī)型）；2）按輸出開(kāi)關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)型）；3）按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）；4）另外輸入端又有寬范圍輸入（DC332V）的恒流源型和串電阻限流型等。1 1.3.3固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點(diǎn)固態(tài)繼電器的優(yōu)缺點(diǎn)1）優(yōu)點(diǎn)：固態(tài)繼電器工作可靠，壽命長(zhǎng)，無(wú)噪聲，無(wú)火花，無(wú)電磁干擾， 開(kāi)關(guān)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，且體積小，耐沖擊，耐振蕩，防爆、防潮、防腐蝕、能與邏輯電路兼容，以微小的控制信號(hào)達(dá)到直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。2）缺點(diǎn):主要不足是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，

3、 交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過(guò)電流、過(guò)電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。1.4固態(tài)繼電器與普通繼電器的區(qū)別固態(tài)繼電器是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電磁和光特性來(lái)完成其隔離和繼電切換功能。固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械，不含運(yùn)動(dòng)零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同的功能。下面以電磁繼電器與相應(yīng)固態(tài)繼電器比較說(shuō)明它們的區(qū)別:1）結(jié)構(gòu)區(qū)別:電磁繼電器利用輸入電路內(nèi)電路在電磁鐵鐵芯與銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用而工作的;固體繼電器用電子元件履行其功能而無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，輸入和輸出是隔離的。電磁繼電器固態(tài)繼電器2）工作方式區(qū)別:電磁繼電器是利用電磁感應(yīng)

4、的原理，通過(guò)電磁鐵的力量來(lái)控制電路通斷，因此，用直流電接線圈，觸點(diǎn)可以通交、直流電;固態(tài)繼電器依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電、磁和光特性來(lái)完成其隔離和繼電切換功能，因此，分直流輸入-交流輸出型、直流輸入-直流輸出型、交流輸入-交流輸出型、交流輸入-直流輸出型。3）工作狀態(tài)區(qū)別:電磁繼電器利用銜鐵間產(chǎn)生的吸力作用，通、斷電路，因此，動(dòng)作反應(yīng)慢、有噪聲、壽命有限;固態(tài)繼電器響應(yīng)快，運(yùn)行無(wú)噪音，壽命長(zhǎng)。4）使用環(huán)境:溫度、濕度、大氣壓力(海拔高度)、砂塵污染、化學(xué)氣體和電磁干擾等要素影響中，電磁繼電器普遍不如固態(tài)繼電器。5）電氣性能區(qū)別:電磁繼電器與相應(yīng)固態(tài)繼電器比較，前者驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，但功耗大，隔離好，

5、短時(shí)過(guò)載耐受性好，控制大電流、大功率場(chǎng)合不如后者，控制動(dòng)作瀕繁的電路時(shí)，壽命不如后者長(zhǎng)。2.固態(tài)繼電器工作原理2.1常用固態(tài)繼電器的電路圖 1）下圖是交流固態(tài)繼電器原理圖 2）下圖是直流固態(tài)繼電器原理圖2.22.2固態(tài)繼電器內(nèi)部電子元器的介紹固態(tài)繼電器內(nèi)部電子元器的介紹1）二極管二極管是最常用的電子元件之一，它最大的特性就是單向?qū)щ姡簿褪请娏髦豢梢詮亩O管的一個(gè)方向流過(guò)，二極管的作用有整流電路，穩(wěn)壓電路，各種調(diào)制電路，主要都是由二極管來(lái)構(gòu)成的。晶體二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場(chǎng)當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引

6、起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。N型、P型其實(shí)是針對(duì)載流子來(lái)說(shuō)的，載流子分為電子和空穴，如果材料以電子載流子導(dǎo)電為主那么就叫N型，如果以空穴載流子導(dǎo)電為主那么就叫P型。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電，所以N是negaTIve的縮寫;而空穴帶正電，所以P是posiTIve的縮寫。在PN結(jié)兩端外加電壓，稱為給PN結(jié)以偏置電壓，給PN結(jié)加正向偏置電壓，即P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，此時(shí)稱PN結(jié)為正向偏置。反之為反向偏置。2）光電耦合器光電耦合器它是一種以光為主要媒介的光電轉(zhuǎn)換元件，它能夠?qū)崿F(xiàn)由光到電、再由電到光的轉(zhuǎn)化。光電耦合器又叫光電隔離器。它能夠?qū)﹄娐分械碾娦盘?hào)產(chǎn)生很好的隔離作用，

7、特別是在照明的電路中，它更是能夠有效地保護(hù)電路和導(dǎo)線，使光信號(hào)和電信號(hào)互不干擾，各自進(jìn)行工作，確保了電源和光源各自的正常有序工作，具有較好的電絕緣能力和防干擾能力。光電耦合器主要是由兩部分組成，分別是發(fā)光源和受光器，這兩部分的元件都同時(shí)處于一個(gè)密閉的空間中，而且彼此之間都是用絕緣的透明殼體隔離。電流工作的方式是以發(fā)光源的接線口為輸入端，電流從這里進(jìn)入。以受光器的接線口為輸出端，電流從這里輸出。當(dāng)電流進(jìn)入到發(fā)光源中，發(fā)光的元件受到電流作用發(fā)光，而且光的亮度會(huì)因?yàn)檩斎腚娏鞯拇笮《淖?。?dāng)光照到受光器上，受光器發(fā)生反應(yīng)，電流從這里輸出就會(huì)成為光電流。光電耦合器主要應(yīng)用在各種電路中，能夠?qū)φ{(diào)節(jié)電流的狀

8、態(tài)，對(duì)電路起到一定的保護(hù)作用。3）三極管晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。廣義上，三極管有多種，常見(jiàn)如下圖所示。狹義上，三極管指雙極型三極管，是最基礎(chǔ)最通用的三極管。三極管是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)， 也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。三極管工作狀態(tài)：分別為三種：放大，飽和，截止電流放大：下面

9、的分析僅對(duì)于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)（一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射 極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變

10、化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。飽和，截止?fàn)顟B(tài)（開(kāi)關(guān)狀態(tài)）：因?yàn)槭艿诫娮?Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為 一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0（這叫

11、做三極管截止），相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開(kāi)關(guān)管。4）整流橋整流橋就是將整流管封在一個(gè)殼內(nèi)了，分全橋和半橋。全橋是將連接好的橋式整流電路的四個(gè)二極管封在一起。半橋是將兩個(gè)二極管橋式整流的一半封在一起，用兩個(gè)半橋可組成一個(gè)橋式整流電路，一個(gè)半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路，選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓。5)可控硅(SCR: Silicon Controlled Rectifier)可控硅,又叫晶閘管，是一種半導(dǎo)體功率器件。多用可控整流，逆變，調(diào)壓等電路，也可以作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)

12、關(guān)使用。可控硅有三個(gè)極-陽(yáng)極（A）、門極（G）和陰極（K）。管芯是P型導(dǎo)體和N型導(dǎo)體交迭組成的四層結(jié)構(gòu)，共有三個(gè)PN 結(jié)，與只有一個(gè)PN結(jié)的硅整流二極管在結(jié)構(gòu)上迥然不同?？煽毓钁?yīng)用時(shí)，只要在控制極（門極）加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽(yáng)極電流或電壓?？煽毓鑼?dǎo)通之后即使門極上正向電壓撤走，可控硅還會(huì)繼續(xù)導(dǎo)通，只有當(dāng)陽(yáng)極A和陰極K之間的正向偏置消失或者陰極電流降到某一值時(shí)才會(huì)停止。為了能夠直觀的認(rèn)識(shí)晶閘管的特性，我們來(lái)分析下圖。補(bǔ)充：如果晶閘管陽(yáng)極和陰極之間外加的交流電壓或者脈沖的直流電壓，那么在電壓過(guò)零時(shí)，晶閘管會(huì)自行關(guān)閉。6)雙向晶閘管IAC(TRI-ELECTRODEACSWITCH)

13、為三極交流開(kāi)關(guān)，亦稱為雙向晶閘管或雙向可控硅。TRIAC為三端元件，其三端分別為T1(第二端子或第二陽(yáng)極)，T2(第一端子或第一陽(yáng)極)和G(控制極)亦為一閘極控制開(kāi)關(guān)，與SCR最大的不同點(diǎn)在于TRIAC無(wú)論于正向或反向電壓時(shí)皆可導(dǎo)通，其符號(hào)構(gòu)造及外型，如下圖所示。因?yàn)樗请p向元件，所以不管T1,T2的電壓極性如何，若閘極有信號(hào)加入時(shí)，則T1,T2間呈導(dǎo)通狀態(tài)；反之，加閘極無(wú)觸發(fā)信號(hào)，則T1,T2間有極高的阻抗。交流固態(tài)繼電器工作原理分析交流固態(tài)繼電器電路采用了過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，具有電壓過(guò)零時(shí)開(kāi)啟，負(fù)裁電流過(guò)零時(shí)關(guān)斷的特性，在負(fù)載上可以得到一個(gè)完整的正弦波形，因此電路的射頻干擾很小。當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，GD中的光敏三極管裁止，VT1是交流電壓零點(diǎn)檢測(cè)器，通過(guò)R3獲得基極電流而飽和導(dǎo)通，將VTH的門極箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，光敏三極管導(dǎo)通，此時(shí)VTH的狀態(tài)由VT1決定，如此電源電壓大于過(guò)零電壓時(shí)，分壓器R3、R2的分壓點(diǎn)P電壓大于VBE1，VT1飽和導(dǎo)通，VTH門