固态继电器应用简介

固態繼電器應用簡介 作作者者：：陳陳明明周周((22000033--1111--1188))；；推推薦薦：：徐徐業業良良((22000033--1111--2244))；；最最近近更更新新：：陳陳明明周周((22000033--1111--2277))。。 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 EMR的 106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 圖 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 1、2控制輸出接腳 3、4開路斷路，通常 3、4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 DCÆAC、DCÆDC、ACÆAC、ACÆDC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。 http://designer.mech.yzu.edu.tw/ 1 固態繼電器應用簡介 圖 1. 常見固態繼電器外觀 + - OUT1 OUT2 1 2 3 4 SSR輸入控制電壓 AC/DC 負載電壓 AC/DC 圖 2. 固態繼電器基本電路 表 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 復歸時間 1/2cyc+1ms以下 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 http://designer.mech.yzu.edu.tw/ 2 固態繼電器應用簡介 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~600V的 SSR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~800V的 SSR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 圖 3為 SSR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=150Ω、 C=0.5µF，或 R=39Ω、C=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。 + - OUT1 OUT2 1 2 3 4 SSR + - OUT1 OUT2 1 2 3 4 SSR 電源 負載 + - 控制電壓 DC3~32V or AC 圖 3. 基本開關控制電路 http://designer.mech.yzu.edu.tw/ 3 固態繼電器應用簡介 + - OUT1 OUT2 1 2 3 4 SSR + - OUT1 OUT2 1 2 3 4 SSR 負載 + - 圖 4. 過電壓電流保護電路 圖 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。 MCLR/VPP1 RA0/AN02 RA1/AN13 RA2/AN24 RA3/AN35 RA4/AN46 RA5/AN57 RE0/RD/AN58 RE1/WR/AN69 RE2/CS/AN710 VSS12 OSC113 OSC214 RC015 RC116 RC217 RC318 RD0/PSP019 RD1/PSP120 VDD11 RD2/PSP2 21 RD3/PSP3 22 RC4/SDI/SDA 23 RC5/SDO 24 RC6/TX/CK 25 RC7/RX/DT 26 RD4 27 RD5 28 RC6 29 RD7 30 VSS 31 VDD 32 RB0/TNT 33 RB1 34 RB2 35 RB3/PGM 36 RB4 37 RB5 38 RB6/PGC 39 RB7/PGD 40 PIC16F877 +1 -2 out1 3 out2 4 SSR1 SSR 燈泡 AC AC 圖 5. SSR與 PIC應用電路 圖 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/。 http://designer.mech.yzu.edu.tw/ 4