0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

SSR的优缺点及其最适合的应用

lPCU_elecfans 来源:电子发烧友网 作者:Steven Keeping 2020-12-06 09:54 次阅读

自从三十多年前推出以来,固态继电器 (SSR) 已经取代了电磁继电器 (EMR),可用于要求超可靠、无电弧、低功耗运行的开关应用。SSR 的其他优点包括无噪声运行以及兼容数字控制电路。 但是,在要求苛刻的家居、商业和医疗应用中——尤其是那些需要遵守国际电磁兼容性 (EMC) 标准的应用(例如 IEC 60947-4-3),需要认真选择继电器,以确保继电器产生的电磁干扰 (EMI) 最小。某些产品可能会产生电压尖峰,存在违反 EMC 标准的风险。

本文将介绍 SSR 的优缺点及其最适合的应用。然后,在介绍 Sensata Technologies 的一系列低噪声 SSR 之前,我们探讨可能造成排放问题的继电器关键部分,设计人员可将其用于对 EMI 敏感的商业、家居和医疗应用。

EMR 对比 SSR

由于在吸合时会暴露于全电路电流下,因此使用开关接通和切断大功率电路是不切实际的。该开关会在运行期间产生危险电弧,工作时发生过热。这种解决方案是通过常规开关接通和切断低功率电路,从而触发高功率电路。 这种布置的优点之一就是由于减小了大功率电路所需的重型布线长度,从而减少了成本和空间。

之所以具有这些优点,是因为继电器可以安装负载附近,可以使用较细的导线与低功率开关连接。这种开关通常位于更方便用户使用的位置。另外,可将低功率电路与高功率电路电隔离。使用继电器的例子包括商用烤箱、家用电器和医疗设备。 传统 EMR 使用由低功率电路供电的线圈来产生磁场,再由该磁场闭合(常开)触点。EMR 可以将交流或直流负载切换到其最大额定值。触头的接触电阻随着负载的增加而减小,从而减少了功耗并消除了散热需求(图 1)。

EMR 的主要优势在于低成本,以及在任何低于器件介电额定值的施加电压下均能保证隔离。在大功率电路必须完全导通或关断时,不得由于泄漏电流造成用户受伤的危险,此时隔离就显得尤其重要。如果预计 AC 电源中会出现大浪涌电流或尖峰电压,则 EMR 也是不错的选择。 EMR 的主要缺点是潜在的 EMI 和磨损。由于触点打开和闭合时可能会产生电弧,因此继电器会产生明显的 EMI。通常,这种级别很低,设计良好的 EMR 含有屏蔽结构,会减少排放,但是在靠近 EMI 敏感型设备的区域中使用时仍需要注意。

因为 EMR 是机械设备,所以即使是设计和制造最好的产品也会最终出现磨损。大多数情况下,首先出现故障的是线圈并且由于触点常开 (NO),所以会导致器件处于故障安全状态,从而使低功率电路与高功率电路隔离。也就是说,现代 EMR 非常可靠,且通常情况下通过继电器供电的设备会先出现磨损。

随着用于切换大功率应用的控制电路升级至数字电子设备,SSR 逐渐有了用武之地。顾名思义,SSR 是基于半导体的设备,因此非常适合通过基于微控制器数字电路进行电路监控,尤其适合监控开关速度高的应用。 SSR 克服了 EMR 的主要缺点。因为不含活动部件,所以 SSR 不会发生磨损。这种设备通常执行数千万个操作周期,但是当它们发生故障时,通常处于“接通”位置,这可能会带来安全隐患。SSR 在闭合或断开时不会产生电弧,这不仅使它们适合在危险环境中使用,而且能消除大部分困扰 EMR 的 EMI 源头。

SSR 也不会产生机械噪声,可在很宽的输入电压范围内工作,即使在高电压下也能实现低功耗。随着 SSR 的价格越来越低,从 EMR 到 SSR 的转换已经加速。 SSR 的主要缺点来自其作为半导体电路的基础元器件。例如,当“接通”时其电阻很大,从而导致数十瓦的功率耗散并由此产生热量。为克服散热难题,设计人员通常必须为其选择一个坚固耐用的散热器,但这样会增加解决方案的尺寸和重量。此外 SSR 还会受到环境热量的影响,因此,高温下使用时必须降低额定功率。如果内部电路电阻对电源电压的变化敏感,则内部电路电阻也会产生电压降,这可能造成负载问题。在“打开”状态下,SSR 会产生一定的泄漏电流。这是高电压下不希望出现的情况,甚至会造成安全问题。此外,许多 SSR 要求最小负载才能正常运行。

SSR 的基本工作原理

输出开关是 SSR 的关键部分。对于 AC 输出继电器,可以通过双向可控硅或背对背可控硅整流器 (SCR) 来控制其输出。SCR 解决方案的主要优势在于其快速 dv/dt 特性,尤其是在继电器“打开”时。 例如,当一个带三端双向可控硅开关控制输出的 SSR 关闭时,dv/dt 可能慢至 5 到 10 伏/毫秒 (v/ms)。dv/dt 缓慢特性可能会成为问题,因为如果降低电流的 di/dt(和/或重新施加电压的 dv/dt)深度不够,则双向可控硅可能会在 AC 电源穿过零电流/电压点后导通。这种事件会使输出不稳定并能增加 EMI。 相比之下,SCR 的 dv/dt 约为 500 伏/微秒 (v/µs),过零点之后不会导通。

带 SCR 的 SSR 的另一个优点是,与单个三端双向可控硅开关器件相比,这些组件分散在更大的范围内,因此散热效果更好。本文的其余部分将介绍具有背对背 SCR 输出级的 SSR。 图 2 显示了使用 SCR 的基本 SSR。AC 输出 SSR 通常采用 AC 线路供电。当 S1(由输入电路控制)闭合时,SCR1 和 SCR2 各自的栅极连接,AC 电源的电流流经 R1 或 R2 并进入任何一个正向偏置的 SCR 栅极。这样,SCR 就会打开,继电器导通,向负载供电。对于 AC 电源的每个半个周期,SCR 会交替导通,向负载提供电流。当 S1 打开时,无论哪个 SCR 处于“导通”状态,都将继续导通,直到 SCR 变为“断开”时 AC 电流达到零。此时,另一个 SCR 阻止任何栅极电流流入,继电器断开,并且负载电源切断。

现代 SSR 通常依靠光耦合器将低功率和高功率电路隔离。对于设计人员来说有两个关键选择:使用基于 LED/光电晶体管的光耦合器或结合了 LED 和光电隔离开关的器件。光电晶体管所需的控制电流较少且节省空间,也确实为设计人员带来了更多配置控制电路特性的机会。三端双向可控硅开关方法的主要优点是其成本较低。图 3 所示为由光电隔离开关控制的继电器原理图。

用于低 EMI 环境的 SSR

对于 EMI 敏感性应用,具有 SCR 控制输出的 SSR 将是一个不错的选择,因为这些器件的固有噪声低。对 EMI 特别敏感的应用,如要求使用符合 IEC 60947-4-3 标准的开关产品的一类应用,更应选择超低噪声产品。对于这些应用而言,仅在 AC 电压超过零电压点时(无论输入何时激活)才打开 SSR 是非常不错的选择。 这些所谓的过零器件能在 AC 输出处于中间周期的同时,消除接通大功率电路时可能产生的浪涌电流和电压尖峰。这样会降低 EMI 的发生率。设计人员应注意,尽管过零 SSR 特别适合于阻性负载(例如加热器),但却不适合高感性负载。

对于此类应用,更好的选择是所谓的随机开关式 SSR。这些器件会在输入开关被激活时立即执行开关动作,而不是等待 AC 电源达到零。 提供 Sensata-Crydom 品牌 SSR 的 Sensata Technologies 最近为其 LN 系列 AC 输出低噪声范围 SSR 新推三种产品。LND4425 可向输出提供 25 安培 (A) 电流,LND4450提供 50 A,LND4475 提供 75 A。这种器件需要最小 100 毫安 rms (mArms) 负载电流即可稳定运行,其外形只有“冰球”大小且重约 75 克 (g)(图 4)。所有这三种解决方案均提供 48 - 528 V 交流输出,采用 4.8 - 32 V DC 控制电压。这些器件内置输入/输出过压保护,从输入到输出的介电强度为 3500 Vrms。

LN 系列工作时具有最低 EMI。该系列通过输入端带有光电隔离开关的光耦合器和背对背 SCR 进行输出控制,以克服由于 dv/dt 缓慢产生的潜在 EMI。背靠背 SCR 的 dv/dt 为 500 V/µs。该产品还具有获得专利的触发电路,可实现 EMI 最小的阻式负载切换。LN 系列 SSR 的原理图如图 5 所示。

有了这些 EMI 减缓功能,器件将最终符合 IEC60947-4-3 环境 B 标准关于低压家庭、商业和轻工业场所的规定(图 6)。

LN 系列特别适合诸如商用烤箱加热器等应用,如图 7 所示。

结论

继电器是使用低功率激活电路切换高功率电路的简单且成熟的解决方案。在需要低成本解决方案的情况下,EMR 将是很好的选择,但不适用于高频开关应用和 EMI 敏感区域。SSR 成本高,但实现了工作稳定,无磨损,而且尤其兼容通过数字电子器件进行控制。然而与 EMR 相比,设计人员应意识到选择 SSR 时会在同类应用产生较大的散热,这是更高棘手的难题。 尽管所有类型的 SSR 都具有比 EMR 更低的EMI,但某些设计仍难以满足 EMC 法规要求,例如 IEC60947-4-3 环境 B 规范的规定。如图所示,该解决方案是将 SSR 与背对背 SCR 输出级一起使用。这些器件提供过零开关,因此只发生超低射频辐射,从而更容易满足法规要求。

责任编辑:xj

原文标题:如何使用特种低噪声固态继电器抑制 EMI 并满足关键标准

文章出处:【微信公众号:电子发烧友网】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 继电器
    +关注

    关注

    132

    文章

    5330

    浏览量

    148798
  • emi
    emi
    +关注

    关注

    53

    文章

    3587

    浏览量

    127591
  • 固态继电器
    +关注

    关注

    8

    文章

    390

    浏览量

    39194
  • SSR
    SSR
    +关注

    关注

    0

    文章

    82

    浏览量

    17748

原文标题:如何使用特种低噪声固态继电器抑制 EMI 并满足关键标准

文章出处:【微信号:elecfans,微信公众号:电子发烧友网】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    不同类型传感器的优缺点 常见传感器类型及其应用

    传感器作为现代科技的重要组成部分,广泛应用于各个领域。以下是对不同类型传感器的优缺点及其常见应用的归纳: 一、常见传感器类型及其优缺点 人体传感器 优点 :反应迅速,价格便宜,使用广泛
    的头像 发表于 12-06 10:44 491次阅读

    不同类型adc的优缺点分析

    ADC(模数转换器)是将模拟信号转换为数字信号的电路,根据转换原理和应用需求的不同,ADC可以分为多种类型,每种类型都有其独特的优缺点,以下是对不同类型ADC的优缺点分析: 逐次逼近型ADC(SAR
    的头像 发表于 11-19 16:58 686次阅读

    不同类型UPS电源的优缺点

    不间断电源(UPS)是为关键设备提供稳定、不间断电力供应的重要设备。根据设计和功能的不同,UPS可以分为几种类型,每种类型都有其独特的优缺点。以下是一些常见的UPS类型及其优缺点的概述: 在线式
    的头像 发表于 10-28 10:45 484次阅读

    NVIDIA荣登《财富》“100家最适合工作的公司”榜单第三位

    NVIDIA 在《财富》杂志和卓越职场(Great Place to Work)最新评选出的“100 家最适合工作的公司”榜单上跃居第三位。
    的头像 发表于 10-10 09:27 356次阅读

    继电保护器的种类及其优缺点

    继电保护器在电力系统中扮演着至关重要的角色,它们负责监测电力系统中的电气参数和信号,并在系统发生故障或异常情况时迅速切断电路,以保护电气设备和人员的安全。根据不同的分类标准,继电保护器可以分为多种类型,每种类型都有其独特的优缺点。以下是对继电保护器种类及其
    的头像 发表于 08-09 09:44 842次阅读

    Agv无人叉车常见的5种导航方式大盘点!优缺点分析 哪种更适合你?

    AGV(自动导引车)叉车作为自动化物流运输的重要工具,其导航方式多种多样,每种方式都有其独特的优缺点。以下是几种主流的AGV自动化叉车导航方式及其优缺点分析:  1. 磁导航  优点: 技术成熟:磁
    的头像 发表于 07-02 14:50 740次阅读
    Agv无人叉车常见的5种导航方式大盘点!<b class='flag-5'>优缺点</b>分析 哪种更<b class='flag-5'>适合</b>你?

    各种电机的类型、优缺点及应用

    电机作为现代工业和科技领域的核心动力装置,其种类繁多,各具特色,广泛应用于各个领域。本文将对几种常见的电机类型进行详细介绍,包括其优缺点以及主要应用领域,以便读者能够更好地了解和选择适合自己的电机。
    的头像 发表于 06-04 16:52 3286次阅读

    nbiot和lora的优缺点是什么?

    nbiot和lora的优缺点
    发表于 06-04 06:37

     UVLED固化箱选购指南:如何找到最适合你需求的固化设备?

    在寻找适合你需求的UVLED固化设备时,你可能会面临众多选择和考虑因素。为了帮助你做出明智的决策,本指南将引导你逐步确定最适合你需求的UVLED固化箱。 一、明确需求 首先,你需要明确自己的固化需求
    的头像 发表于 05-27 14:46 329次阅读

    如何选择最适合你的UV LED固化机?

    在现代化的工业生产中,UV LED固化机以其高效、环保、节能等诸多优点,逐渐成为了固化工艺的首选设备。然而,市场上的UV LED固化机种类繁多,性能各异,如何选择最适合自己需求的固化机呢?本文将为您
    的头像 发表于 05-18 14:19 393次阅读
    如何选择<b class='flag-5'>最适合</b>你的UV LED固化机?

    日本大带宽服务器优缺点分析

    日本大带宽服务器是很多用户的选择,那么日本大带宽服务器优缺点都是什么?Rak部落小编为您整理发布日本大带宽服务器优缺点分析。
    的头像 发表于 03-22 10:08 460次阅读

    单相并网光伏逆变器主电路拓扑及其优缺点

    本文首先对集中型和组串型并网逆变器进行介绍,然后对组串型逆变器的拓扑进行分类,最后主要讲述市场上常用单相并网光伏逆变器主电路拓扑及其优缺点
    发表于 03-08 15:16 686次阅读
    单相并网光伏逆变器主电路拓扑<b class='flag-5'>及其</b><b class='flag-5'>优缺点</b>

    高清视频编码器选购指南:如何选择最适合你的编码器

    高清视频编码器作为视频处理与传输的核心设备,对于保证视频质量和提升用户体验至关重要。然而,市面上的高清视频编码器种类繁多,功能各异,如何选择最适合自己的编码器成为了一个关键问题。本文将为你提供一份
    的头像 发表于 02-20 15:19 1106次阅读

    变频器旁路安装的优缺点

    变频器旁路安装的优缺点及其影响因素 随着科技的不断发展,变频器成为了工业和生活中不可或缺的设备。然而,在变频器的安装和应用过程中,是否选择进行旁路安装一直是一个争论的焦点。旁路安装是指将变频器设备
    的头像 发表于 02-01 14:48 1676次阅读

    如何选择最适合你的编解码一体机?

    选择最适合自己的编解码一体机需要考虑以下几个方面: 应用场景:首先需要明确编解码一体机的应用场景,如视频会议、安防监控、教育录播等。不同的应用场景对编解码一体机的性能要求不同,需要根据具体需求
    的头像 发表于 01-31 14:49 705次阅读
    如何选择<b class='flag-5'>最适合</b>你的编解码一体机?