祁傳琦　劉培勇　劉巧燕　張文金

摘要：文章闡述了直流固態(tài)繼電器的工作原理、特點(diǎn)以及在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意的一些問(wèn)題，并以BKL-3080型顆粒包裝機(jī)為例介紹了直流固態(tài)繼電器在工業(yè)控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直流固態(tài)繼電器；顆粒包裝；工作原理

中圖分類號(hào)：TM581 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）14-0161-02

固態(tài)繼電器SSR（Solid state releys）是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷電子開(kāi)關(guān)，它利用電子元件（如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）開(kāi)關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱為“無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)”。固態(tài)繼電器為四端有源器件，其中兩個(gè)端子為輸入控制端,另外兩端為輸出受控端，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間電氣隔離（浮空）。在輸入端加上直流或脈沖信號(hào)，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)（無(wú)信號(hào)時(shí)呈阻斷狀態(tài)），從而控制較大負(fù)載。整個(gè)器件無(wú)可動(dòng)部件及觸點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)于常用的機(jī)械式電磁繼電器一樣的功能。

一、直流固態(tài)繼電器的工作原理

SSR按使用場(chǎng)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(fù)載的開(kāi)關(guān)，兩者不能混用。

固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路、隔離（耦合）和輸出電路組成。

圖1是直流固態(tài)繼電器的工作原理圖。在輸入控制回路中，電阻R1串接在光電耦合器IC1的輸入端，對(duì)發(fā)光二極管LED進(jìn)行限流保護(hù)，發(fā)光二極管LED能對(duì)輸入控制信號(hào)給予指示，VD1可防止當(dāng)輸入信號(hào)正負(fù)極性反接時(shí)以保護(hù)光電耦合器IC1。當(dāng)控制端無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，光電耦合器IC1中的光敏三極管呈截止高阻狀態(tài)，三極管V1通過(guò)電阻R2獲得其基極電流使之飽和導(dǎo)通,從而導(dǎo)致三極管V2、V3、V4均處在截止?fàn)顟B(tài)，使固態(tài)繼電器呈關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)控制端有信號(hào)輸入時(shí)，光電耦合器IC1中的光敏三極管導(dǎo)通，使三極管V1呈截止?fàn)顟B(tài)，從而使三極管V2、V3、V4導(dǎo)通，這時(shí)固態(tài)繼電器處于接通狀態(tài)，并將電源加至負(fù)載上，直流固態(tài)繼電器的輸出端隨著輸入端信號(hào)的加入而導(dǎo)通，隨著輸入信號(hào)的消失而關(guān)斷。

另外，大功率低電壓的直流固態(tài)繼電器的輸出開(kāi)關(guān)普遍采用功率場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)替代功率三極管，以此來(lái)降低輸入功率。

二、直流固態(tài)繼電器的特點(diǎn)

由全固態(tài)電子元件組成，與機(jī)械式電磁繼電器相比，它沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，所以它具有一系列機(jī)械直流固態(tài)繼電器成功地實(shí)現(xiàn)了弱電（輸入信號(hào)）對(duì)強(qiáng)電（輸出端負(fù)載電壓）的控制。直流固態(tài)繼電器式電磁繼電器不具備的優(yōu)點(diǎn)：

（1）靈敏度高：固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)功率小于30mW。

（2）可靠性高：能在高沖擊振動(dòng)的環(huán)境下工作，由固態(tài)器件完成觸點(diǎn)的接通和關(guān)斷。

（3）壽命長(zhǎng)：無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，是無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)

（4）轉(zhuǎn)換快：切換速度只有幾毫秒甚至幾微秒

（5）電磁干擾小：固態(tài)繼電器沒(méi)有輸入“線圈”，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。

三、使用直流固態(tài)繼電器時(shí)的注意事項(xiàng)

固態(tài)繼電器廣泛應(yīng)用于航天、航海、家電、機(jī)床、通訊、化工、煤礦等工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域，但在使用中需要考慮下述問(wèn)題。

直流固態(tài)繼電器在使用時(shí)應(yīng)注意：

（1）負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，如直流電磁閥或電磁鐵，應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管，極性如圖2所示，二極管的電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍。

（2）直流固態(tài)繼電器工作時(shí)應(yīng)盡量把它靠近負(fù)載，其輸出引線應(yīng)滿足負(fù)載電流的需要。

（3）在選用小電流規(guī)格印刷電路板使用的固態(tài)繼電器時(shí)，因引線端子為高導(dǎo)熱材料制成，焊接時(shí)應(yīng)在溫度小于250℃、時(shí)間小于10S的條件下進(jìn)行。

（4）固態(tài)繼電器的負(fù)載能力受環(huán)境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過(guò)程中,應(yīng)保證其有良好的散熱條件，額定工作電流在10A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器，100A 以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器加風(fēng)扇強(qiáng)冷。

（5）在安裝使用時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電磁干擾,射頻干擾源，以防繼電器誤動(dòng)失控。

（6）應(yīng)考慮“導(dǎo)通電阻”和漏電流對(duì)系統(tǒng)的影響。

四、直流固態(tài)繼電器的應(yīng)用實(shí)例

直流固態(tài)繼電器在工業(yè)中的一個(gè)重要應(yīng)用就是替代傳統(tǒng)的繼電器控制電機(jī)。BKL-3080型顆粒包裝機(jī)用于計(jì)量、制袋、充填、封合、打印批號(hào)、切斷及計(jì)數(shù)等工作，圖3是BKL-3080型顆粒包裝機(jī)的工作原理圖。傳輸切斷是顆粒包裝機(jī)的一個(gè)重要功能，當(dāng)走紙速度與切紙速度不一致時(shí)，會(huì)造成包裝紙切割錯(cuò)位，從而引起包裝顆粒散落，因此控制走紙速度與切紙速度的一致性是提高顆粒包裝機(jī)性能的關(guān)鍵。BKL-3080型顆粒包裝機(jī)，該功能的工作原理是包裝紙上和切割刀處的光電識(shí)別系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)通過(guò)光電隔離器件后由微處理器經(jīng)實(shí)時(shí)采集，經(jīng)運(yùn)算處理后發(fā)出一個(gè)加速或減慢的疊加信號(hào)（與正常的走紙速度疊加），該修正信號(hào)通過(guò)固態(tài)繼電器sp2110控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而修正走紙速度，達(dá)到走紙速度與切紙速度相一致，使包裝紙?jiān)谡Ｎ恢帽磺懈?。BKL-3080型顆粒包裝機(jī)現(xiàn)已投入使用，客戶反映良好。

五、結(jié)語(yǔ)

相比傳統(tǒng)的電磁繼電器，固態(tài)繼電器有許多優(yōu)點(diǎn)，并且特別易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的編程控制，使得這種器件成為愈來(lái)愈多設(shè)計(jì)師的首選。

參考文獻(xiàn)

[1]黃正．淺談固態(tài)繼電器的正確使用[J]．電子質(zhì)量，2000，（7）．

[2]李序葆編．電力電子器件及應(yīng)用[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，1996．

作者簡(jiǎn)介：祁傳琦（1977- ），女，河南周口人，成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：機(jī)械電子控制技術(shù)教學(xué)與研究。