直流固態繼電器的原理及應用

祁傳琦　劉培勇　劉巧燕　張文金

摘要：文章闡述了直流固態繼電器的工作原理、特點以及在設計時需要注意的一些問題，并以BKL-3080型顆粒包裝機為例介紹了直流固態繼電器在工業控制中的應用。

關鍵詞：直流固態繼電器；顆粒包裝；工作原理

中圖分類號：TM581 文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）14-0161-02

固態繼電器SSR（Solid state releys）是一種無觸點通斷電子開關，它利用電子元件（如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件）開關特性，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關”。固態繼電器為四端有源器件，其中兩個端子為輸入控制端,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，輸出端就能從關斷狀態轉變成導通狀態（無信號時呈阻斷狀態），從而控制較大負載。整個器件無可動部件及觸點，可實現相當于常用的機械式電磁繼電器一樣的功能。

一、直流固態繼電器的工作原理

SSR按使用場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載的開關，兩者不能混用。

固態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，對發光二極管LED進行限流保護，發光二極管LED能對輸入控制信號給予指示，VD1可防止當輸入信號正負極性反接時以保護光電耦合器IC1。當控制端無信號輸入時，光電耦合器IC1中的光敏三極管呈截止高阻狀態，三極管V1通過電阻R2獲得其基極電流使之飽和導通,從而導致三極管V2、V3、V4均處在截止狀態，使固態繼電器呈關斷狀態。

當控制端有信號輸入時，光電耦合器IC1中的光敏三極管導通，使三極管V1呈截止狀態，從而使三極管V2、V3、V4導通，這時固態繼電器處于接通狀態，并將電源加至負載上，直流固態繼電器的輸出端隨著輸入端信號的加入而導通，隨著輸入信號的消失而關斷。

另外，大功率低電壓的直流固態繼電器的輸出開關普遍采用功率場效應管來替代功率三極管，以此來降低輸入功率。

二、直流固態繼電器的特點

由全固態電子元件組成，與機械式電磁繼電器相比，它沒有任何可動的機械部件，所以它具有一系列機械直流固態繼電器成功地實現了弱電（輸入信號）對強電（輸出端負載電壓）的控制。直流固態繼電器式電磁繼電器不具備的優點：

（1）靈敏度高：固態繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器，驅動功率小于30mW。

（2）可靠性高：能在高沖擊振動的環境下工作，由固態器件完成觸點的接通和關斷。

（3）壽命長：無機械運動部件，是無觸點開關

（4）轉換快：切換速度只有幾毫秒甚至幾微秒

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

三、使用直流固態繼電器時的注意事項

固態繼電器廣泛應用于航天、航海、家電、機床、通訊、化工、煤礦等工業自動化等領域，但在使用中需要考慮下述問題。

直流固態繼電器在使用時應注意：

（1）負載為感性負載時，如直流電磁閥或電磁鐵，應在負載兩端并聯一只二極管，極性如圖2所示，二極管的電流應等于工作電流，電壓應大于工作電壓的4倍。

（2）直流固態繼電器工作時應盡量把它靠近負載，其輸出引線應滿足負載電流的需要。

（3）在選用小電流規格印刷電路板使用的固態繼電器時，因引線端子為高導熱材料制成，焊接時應在溫度小于250℃、時間小于10S的條件下進行。

（4）固態繼電器的負載能力受環境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過程中,應保證其有良好的散熱條件，額定工作電流在10A以上的產品應配散熱器，100A 以上的產品應配散熱器加風扇強冷。

（5）在安裝使用時應遠離電磁干擾,射頻干擾源，以防繼電器誤動失控。

（6）應考慮“導通電阻”和漏電流對系統的影響。

四、直流固態繼電器的應用實例

直流固態繼電器在工業中的一個重要應用就是替代傳統的繼電器控制電機。BKL-3080型顆粒包裝機用于計量、制袋、充填、封合、打印批號、切斷及計數等工作，圖3是BKL-3080型顆粒包裝機的工作原理圖。傳輸切斷是顆粒包裝機的一個重要功能，當走紙速度與切紙速度不一致時，會造成包裝紙切割錯位，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性能的關鍵。BKL-3080型顆粒包裝機，該功能的工作原理是包裝紙上和切割刀處的光電識別系統發出的信號通過光電隔離器件后由微處理器經實時采集，經運算處理后發出一個加速或減慢的疊加信號（與正常的走紙速度疊加），該修正信號通過固態繼電器sp2110控制伺服電機正轉或反轉，從而修正走紙速度，達到走紙速度與切紙速度相一致，使包裝紙在正常位置被切割。BKL-3080型顆粒包裝機現已投入使用，客戶反映良好。

五、結語

相比傳統的電磁繼電器，固態繼電器有許多優點，并且特別易于實現計算機的編程控制，使得這種器件成為愈來愈多設計師的首選。

參考文獻

[1]黃正．淺談固態繼電器的正確使用[J]．電子質量，2000，（7）．

[2]李序葆編．電力電子器件及應用[M]．機械工業出版社，1996．

作者簡介：祁傳琦（1977- ），女，河南周口人，成都航空職業技術學院講師，碩士，研究方向：機械電子控制技術教學與研究。