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作者:陳明周(2003-11-18);推薦:徐業良(2003-11-24);最近更新:陳明周(2003-11-27)

固態繼電器應用簡介

固態繼電器(Solidstate Relay, SSR)是一種由固態電子元件組成的新型無觸點開關,利用電子元件(如開關三極管、雙向可控矽等半導體元件)的開關特性,達到無觸點、無火花、而能接通和斷開電路的目的,因此又被稱爲“無觸點開關”。相較於以往的“線圈—簧片觸點式”繼電器(Electromechanical Relay, EMR)SSR沒有任何可動的機械零件,工作中也沒有任何機械動作,具有超越EMR的優勢,如反應快、可靠度高、壽命長(SSR的開關次數可達108~109次,比一般EMR106高出百倍)、無動作雜訊、耐震、耐機械衝擊、具有良好的防潮防黴防腐特性。這些特點使SSR在軍事、化工、和各種工業民用電控設備中均有廣泛應用,但SSR售價較EMR高出甚多,若考量成本則無法大量使用。

1.     SSR規格與特性說明

1為一些常見的SSR外觀,亦有DIP封裝的型式。SSR的基本電路如圖2所示,利用輸入接腳12控制輸出接腳34開路斷路,通常34接腳為常開狀態,即無訊號輸入時為斷路。控制電壓和負載電壓按使用場合可以分成交流和直流兩大類,因此會有DCàACDCàDCACàACACàDC四種型式,它們分別在交流或直流電源上做負載的開關,不能混用。表1以三武科技公司的兩款固態繼電器為例,列出選擇固態繼電器時需要注意的規格。

1. 常見固態繼電器外觀

2. 固態繼電器基本電路

1. 固態繼電器規格表

型號

SSR-10DA

SSR-25AA

輸出特性

額定負載電流

10A

25A

瞬間承受最大電流

100A

250A

漏電電流

7mA

7mA

額定負載電壓

24VAC~380VAC

24VAC~380VAC

瞬間承受最大電壓

600VAC

600VAC

輸出ON電壓降

1.6V/25

動作時間

1/2cyc+1ms以下

復歸時間

觸發時間

Zero crossing

輸入特性

操作電壓範圍

3~32VDC

80~250VAC

操作電流

8mA 12VDC

5mA/110VAC max

動作電壓

ON>3VDC

ON>80VAC

復歸電壓

OFF<0-1VDC

OFF<0-3VAC

其他規格

操作溫度

-20~70

耐電壓

2.5K VAC/1min

絕緣阻抗

50MΩ/500VDC

重量

90g

由表1輸入特性可看出,SSR的控制信號所需的功率極低,因此得以弱信號控制強電流。同時交流型的SSR採用過零觸發技術,因此SSR可以安全地用在電腦輸出介面,不會像EMR産生的一系列對電腦的干擾,甚至會導致嚴重當機。以筆者的經驗為例,曾經嘗試以單晶片PIC驅動EMR來控制一組交流馬達以及一組24V電磁閥,在一般狀況下,程式可以正常執行,但是當執行到需要以EMR對馬達或電磁閥進行on/off控制時,PIC就會無預警的被重新執行,造成非常嚴重的影響,由於當時筆者還不了解這兩種繼電器的差別以及RC保護電路的重要,因此費盡千萬苦不眠不休仍找不出問題的所在,後來幸好有高人指點,才得知當電路中有大電流通過會有嚴重影響,需要額外加入保護電路或改成SSR才終於解決,但當中耗費的時間人力却是一去不回。

在決定最大負載電壓時,需注意如果負載爲電感性負載時(如電磁鐵、馬達、變壓器),負載電壓範圍必須大於兩倍電源電壓值,而且所選産品的阻斷(擊穿)電壓應高於負載電源電壓峰值的兩倍。例如在電源電壓爲交流220V、一般的小功率非阻性負載的情況下,建議選用負載電壓範圍爲400V~600VSSR産品;但對於頻繁啓動的單相或三相電機負載,建議選用額定電壓爲660V~800VSSR産品。

在決定最大負載電流時,需要特別注意SSR的最大負載電流對溫度的反應非常敏感,若週圍溫度上升SSR所能承受的最大負載電流會明顯下降,因此需應用時要注意SSR型錄中工作溫度的範圍與降溫散熱的問題。

2.     SSR應用電路

3SSR最基本的開關控制電路,輸入可以是開關或IC的邏輯接腳。當負載爲非穩定性負載或感性負載時,在輸出回路中應附加一個瞬態抑制電路,如圖4的過電壓保護電路所示,目的是保護固態繼電器,圖中的RC吸收回路(例如R=150ΩC=0.5μF,或R=39ΩC=0.1μF),可以有效的抑制加至繼電器的瞬態電壓和電壓指數上升率,若只是一般的負載,則可以省略。圖中的二極體是針對輸出端為直流電時才可以使用,並且要注意極性,若為交流電則不可以使用。

3. 基本開關控制電路

4. 過電壓電流保護電路

5是以PIC透過SSR控制一個檯燈on/off的應用電路,可非常方便的以邏輯接腳對交流電進行控制,同時也不必擔心雜訊的問題,圖6為使用效果。

5. SSRPIC應用電路

6. 燈泡的亮暗

參考資料

“固態繼電器及在應用中一些問題的探討”,彭建、劉躍,貴州工業大學。

三武科技公司,http://www.sunwu.com.tw/