固態(tài)繼電器的使用及注意事項
1、 固態(tài)繼電器的合理選擇
選擇固態(tài)繼電器時,應(yīng)對照應(yīng)用條件,詳細規(guī)范產(chǎn)品技術(shù)性能及參數(shù),注意到固態(tài)繼電器性能參數(shù)和負載能力受環(huán)境溫度和自身溫度的影響。在感性和容性負載時輸出電路容易受尖峰電壓和浪涌電流的損壞,導(dǎo)通時通態(tài)壓降產(chǎn)生的功率損耗和散熱等。重點處理好這些問題,有助于實現(xiàn)固態(tài)繼電器的科學(xué)合理應(yīng)用,
使其更具可靠性。
1) 負載類型、輸出電流和浪涌電流:使用中流過固態(tài)繼電器輸出端的穩(wěn)態(tài)電流不得超過產(chǎn)品詳規(guī)范規(guī)相應(yīng)環(huán)境溫度下的額定輸出電流,可能出現(xiàn)的浪涌電流不得超過繼電器的過負載能力,一般繼電器都留有一定的余量。TRIAC 輸出的大多用于阻性負載,單向可控硅反并聯(lián)輸出大多用于容性負載和感性負載。大多數(shù)負載都可以使用“零控”型。但需要調(diào)壓(如調(diào)光)和少數(shù)感性負載(如變壓器)必須使用“隨機型”。
2) 輸入特性:直流阻性輸入 SSR 的輸入電壓一般為 4-16Vdc,這種 SSR 在輸入電路中 串聯(lián)一電阻,電流隨電壓增加而增加,簡單耐用。另外是輸入電壓較寬的恒流輸入 SSR,范圍在 3-32Vdc。它在輸入端串聯(lián)有恒流源電路,在電壓加大到一定值是電流基本不變。還有一種是交流輸入大多使用在無直流電源場合,使用時注意其開通時有最大 40ms 的延時。
3) 輸出電壓、瞬時電壓和:直流 SSR 只適用于控制直流電源和負載,交流 SSR 只適用于交流電源和負載。負載電源的電壓不能超過繼電器的額定輸出電壓,也不能低于規(guī)定的最小輸出電壓。使用中,可能加至 SSR 輸出端的最大電壓峰值一定要低于 SSR 的瞬態(tài)電壓值。切換交流電感負載,最好選用額定輸出電壓單向為 280Vac、三相為 530Vac 的交流 SSR。對感性和容性負載,當(dāng)交流 SSR 在零電流關(guān)斷時,電源電壓不為零并且以較大的 dv/dt 值加至 SSR 的輸出端。故選擇 dv/dt 高的繼電器。尤其用于正反轉(zhuǎn)控制的 SSR,應(yīng)選用我公司 SSR 系列產(chǎn)品。
4) 其他特性:包括分析考慮 SSR 的輸出電壓降、輸出漏電流、絕緣耐壓等電氣特性,熱阻、工作與存儲溫度、氣候環(huán)境等特性。
2、 固態(tài)繼電器的保護
1) 過電壓保護:當(dāng)負載為感性或容性負載時,很有可能產(chǎn)生大于 SSR 的阻斷電壓和電壓上升率(dv/dt)。如果保護措施不當(dāng)不僅會造成 SSR 失控,嚴重時可能燒毀 SSR 或設(shè)備。故必須過電壓保護一般是外加瞬態(tài)抑制電路和電壓鉗位電路。本公司在設(shè)計產(chǎn)品時,多數(shù)產(chǎn)品內(nèi)部已加上 RC 吸收回路或壓敏電阻,能起到一定保護作用,建議用戶在使用時根據(jù)負載的相關(guān)參數(shù)和環(huán)境條件,認真計算和試驗 RC 回路的選值。一般情況下,RC 吸收回路可以有效地抑制加至 SSR 的瞬態(tài)電壓和電壓上升率(dv/dt),壓敏電阻保護電路可以吸收寬脈沖的過電壓。
2) 過電流保護:SSR 是以半導(dǎo)體開關(guān)器件作為功率輸出部件的,對溫度的變化較為敏感。過電流會使半導(dǎo)體芯片過熱而造成性能下降,壽命降低甚至永久性損壞,雖然 SSR 在瞬間可以承受額定電流 10 倍以上的浪涌電流,但超過此值很容易造成永久性損壞。故過流保護是必要的。一般考慮采用半導(dǎo)體器件專用的快速熔斷器,熔斷器的標稱熔斷電流不應(yīng)超過 SSR 的標稱電流
3) 過熱保護:若 SSR 過熱,輕則失控,重則造成永久損壞,建議加裝過熱保護措施,通常做法是保證 SSR 的底板處溫度不超過 75℃。一般是在散熱器上靠近 SSR 處安裝溫控開關(guān),溫升達到限定溫度時切斷 SSR 輸入信號。
3、 固態(tài)繼電器的應(yīng)用熱設(shè)計和散熱選擇
SSR 在工作中內(nèi)部存在著一定的功率耗散,這個耗散值主要由輸出電壓降與負載電流乘積決定,以發(fā)熱的形式體現(xiàn)。散熱的好壞直接影響到 SSR 的最大負載電流值和允許的最高工作環(huán)境溫度值,是影響 SSR 可靠工作的重要因素之一。因此 SSR 的應(yīng)用熱設(shè)計和散熱器的選擇顯的至關(guān)重要。
常規(guī)而言,輸出電流小于 5A 的固態(tài)繼電器,利用空氣自然對流,足以達到冷卻散熱的目的,當(dāng)安裝時要有一個良好的對流環(huán)境,固態(tài)繼電器之間的距離不得小于一個固態(tài)繼電器的寬度。負載電流大于 10A 的固態(tài)繼電器,需要選用合適的散熱器,必要時需進行風(fēng)冷或水冷。良好的散熱條件對固態(tài)繼電器的可靠工作是十分重要的。產(chǎn)品手冊中一般會給出工作電流,通態(tài)壓降和熱阻等參數(shù),有的還會給出工作電流/耗散功率與環(huán)境溫度/基板溫度曲線,使用時參考。利用這些參數(shù)就可以計算出所需散熱器的熱阻,再根據(jù)散熱器廠家產(chǎn)品手冊上的熱阻參數(shù)選擇散熱器。
簡易計算如下:
雙向可控硅功率輸出
Rthhs=(110-Ta)÷I(0.8+0.5I/In)-Rthj
單相可控硅功率輸出
Rthhs=(125-Ta)÷I(0.8+0.5I/In)-Rthj
其中 Rthhs:散熱器熱阻 Ta:環(huán)境溫度 I:負載電流
In:標稱工作電流 Rthj:固態(tài)繼電器熱阻
例:負載電流 10A,最高環(huán)境溫度 40℃,選 15A 雙向可控硅輸出的固態(tài)繼電器,
熱阻為 2.5℃/W,則散熱器的熱阻為:
Rthhs=(110-40)÷10(0.8+0.5x10/15)-2.5=3.69℃/W
查散熱器手冊,選擇熱阻小于 3.69℃/W 的散熱器,在 3.1℃/W 和 3.5℃/W 中選擇一種即可
另外,也可在廠家給出的工作電流/耗散功率與環(huán)境溫度/基板溫度曲線上查出散熱器熱阻,再根據(jù)熱阻值選擇散熱器。
一般受體積的限制,大于 40A 即可考慮風(fēng)冷,電流很大時則要考慮水冷。同時,在使用固態(tài)繼電器時,散熱器一定要大于規(guī)定的規(guī)格尺寸。而且固態(tài)繼電器在安裝時,要求其散熱底板平整無毛刺突起。安裝固態(tài)繼電器的散熱器表面應(yīng)均勻地涂上一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂,再用螺釘將固態(tài)繼電器與散熱器擰緊。垂直安裝散熱器的溫升可比水平安裝的降低 10%-20%。