1、1 选用继电器的一般原则 怎样才能正确地选用继电器呢？一是要做到“知已知彼”,即首先必须对继 电器所控制的对象一一被控回路的性质、特点以及对继电器的要求等都要有周 密地考察和透彻地了解。其次，对继电器本身的各种特性一一原理、使用条件、 技术参数、结构工艺特点以及规格型号等,做到全面的掌握与认真分析；二是按 “价值工程”原则，从先进性、合理性、可用性、经济性全面考虑，作到正确 地选用和使用继电器。正确选用继电器的原则具体来讲应该是：（1）继电器的 主要技术性能，如触点负荷 ,动作时间参数，机械和电气寿命等,应满足整机系 统的要求；（2）继电器的结构型式（包括安装方式）与外形尺寸应能适合使用 条件
2、的需要；（3）经济合理。 2 选用提纲 为了减少继电器选用中的随意性，提高自主性，选用前应编写选用提纲,一 般包括以下要素： （1）气候应力作用要素 温度范围：湿度范围；大气压力；沿海大气；砂尘污染；化学污染；磁干 扰；其它特殊气候应力。 （2）机械应力作用要素 振动应力；冲击应力；离心作用及其它。 （3）输入参量要素 交流参量激励；直流参量激励；温度变化影响；有或无触点开关激励方式； 固体器件开关激励方式；远距离有线激励方式；互相干扰等激励因素；低压激 励与高压（强电回路）输出隔离因素等。 （4）输出参量要素 白炽灯；容性负 载；电机负载；电感器、螺线管、接触器线圈、扼流圈负载；直流阻性负载
3、； 中等电流负载；低电平负载；干电路负载等。 （5）安装方式要求 焊接式、插入式、螺钉式或其它（如导轨式安装等） （6）安全要素 阻燃要求；过载能力要求；绝缘抗电水平。 （7）筛选要求 筛选要求包括筛选的项目、所加应力，监测水平、监测手段、失效判据等。 （8）失效率要求与可靠性评估 失效判据；失效率评估及置信度。 3 选用电磁继电器的一般步聚： 作为选用继电器的第一步，是确定其应用分类，由此初选一种在给定条件 下曾经有过成功应用的继电器类型，然后按下列步聚使所选用继电器最适合于 规定应用。 （1）按照输入的信号确定继电器的种类 不同作用原理或结构特征的继电器，其要求输入的信号的性质是不同的。
4、例如热继电器是利用热效应而动作的继电器；声继电器是利用声效应而动作； 而电磁继电器则是由控制电流通过线圈产生的电磁吸力而实现触点开、闭。这 就要求使用者首先要按输入信号的性质选择继电器种类。例如反应电压、电流 或功率信号时，选用电压、 电流或功率继电器；反应脉冲信号或有极性要求 时，应选用脉冲、极化继电器等。 在这里，简要地介绍一下电压和电流继电器的区别，以供用户正确选用。 从工作原理来讲，二者均属电磁继电器，没有任何区别。但从继电器的设计讲， 二者是有区别的。电流继电器磁路系统按 IW=C来考虑，即在继电器动作过程中 由于衔铁的动作而导致线圈电感发生变化时，也不会影响到回路电流值。该电 流是
5、由回路中其它电 路元件较大的阻抗决定了的，电流继电器线圈阻抗对整个回路阻抗的影响 可忽略不计。因此，一般电流继电器线圈导线匝数少，电感和电阻均较小，因 而线圈电流较大。供给电流继电器线圈的是恒定的电流值。电压继电器线圈输 入的信号是相对恒定的电压值，一般是电源电压直接加在线圈上或通过网络分 配给它以恒定的电压值。因此，回路电流主要取决于线圈阻抗，一般不涉及其 它回路元件。为了尽量减小它对其它支路的分流作用,一般导线细，匝数多,电 感和电阻都较大，线圈电流不大。 选用电流或电压继电器时，要有相对的电路条件。电流继电器要求恒流源 电路条件 ,即回路有较大阻抗与之串联,它本身阻抗对回路电流影响很小
6、。电 压继电器要求提供恒定的电压。电流继电器当作电压继电器用，因其线圈电阻 小,很容易烧坏线圈, 甚至造成电源短路。如将电压继电器当电流继电器使用线 圈串接在线路里时，由 于其大的阻抗会明显地改变原来回路参数，会因线圈得不到足够的电流而 继电器不动作。 值得注意的是交流继电器线圈通常承受过电压的能力比直流继电器差。在 直流继电器线圈中，外加电压的增加所引起电流增加的速率较低。这是因为线 圈的温升引起线圈电阻的上升 。然而在交流继电器中，外加电压的增加引起电 流的增加，同样引起线圈电阻增加, 这将造成导磁零件进一步饱和 ,使感抗进 而使阻抗大幅度下降。结 果是线圈电流增加速率要比外加电压增加的速
7、率快，因此，由于外加过电 压造成的过热比直流继电器容易发生。 （2）按使用环境条件选择继电器型号 环境适应性是继电器可靠性指标之一。使用环境和工作条件的差异，对继 电器性能有很大的影响。下面介绍几个主要环境因素的变化对电磁继电器性能 的影响。 环境温度 环境温度的升高加速了绝缘的老化，绝缘性能下降，缩短使用寿命。 对于反应温度变化的温度继电器、热继电器等,环境温度的变化直接影响 保护特性的变化；对电磁继电器来讲，温度的升高, 某些绝缘材料的热变形使 产品结构参数和动作参数会发生变化。 温度升高 ,线圈温升相应增高,不但漆层老化加剧，对电压继电器来讲， 还直接影响到吸合、释放参数的变化。电流继电
8、器，温度升高，功耗增大，亦 影响绝缘和触点切换特性。 温度升高加速某些零件的氧化过程。对触点来讲，不但其材料本身氧化， 而且加剧表面膜电阻的形成，直接影响接触可靠性，特别在低电平下。 温度升高，熄弧困难，切换能力下降，触点腐蚀加剧。额定负荷时，易 形成触点粘结，中等电流时易析出碳化物，降低接触可靠性。 在低温下，镀层材料，如金镀层冷粘作用加剧，小电流负载或低电平下 会形成冷粘故障。对一些非密封或密封性不好的继电器，低温下可能触点间形 成冰霜，直接影响触点的导通。对于钎焊锡封继电器，在低温下，锡的脆裂会 影响产品的气密性。 振动与冲击 电磁继电器触点簧片多为悬臂梁系统，固有频率较低。在接近或达到
9、固有 频率的外界振动作用下会引起谐振，导致结构损坏或使触点压力降低直至产生 瞬时断开，即出现抖动。可动的衔铁部分会因过振动而误动作，进而使触点接 触不良或断开。周期性的作用力会使结构松动或破坏脱落造成结构失效。振动 和冲击作用会改变继电器的机械特性，降低动作可靠性。继电器内残存的松散 微粒（毛刺脱落物、焊渣、材料碎屑）在振动和冲击作用下会落入触点间隙或 转动支承处造成严重故障。 低气压 低气压下，散热条件变坏，尤其在高温低气压下，对流作用减弱，小尺 寸簧片只能靠热传导散热，切换额定负载时,簧片温度可高达 300以上。灭弧 困难，电弧持续时间增加，触点金属蒸发加剧,寿命缩短，导致触点分断容量的
10、降低。 线圈散热困难，温升加快，引起吸合、释放参数的变化。 低气压下，介质强度降低，触点间绝缘下降，在绝缘子底板上可能形成 通道。一般来讲，海拔每升高 1000米，绝缘水平大约降低 10%。 辐照 严重核幅照下 ，部分有机材料会变为粉尘。高分子绝缘材料分子结合链被 破坏，绝缘性能下降，直至失效。如聚四氟乙稀薄膜材料耐辐照性能就很差。 电磁干扰 电磁继电器是靠电磁力的作用来动作的，在强的磁场元件、强的杂散场仪 器周围使用时，要注意布放位置及离磁干扰源的距离。否则会危及动作可靠性。 高频电源还会使继电器被感应加热造成热损坏。 相对湿度 在高湿，特别是高温、高湿条件下： 金属零件的腐蚀速度显著上升。
11、例如，钢铁零件在含 0.1%SO2干燥大气 中，腐蚀速度很低，当相对湿度达到 70%时，腐蚀速度立即上升 100倍以上。 普通金属的临界湿度（使金属腐蚀速度显著升高的最低相对湿度）一般为 6070%（此相当于继电器的正常使用环境湿度条件）。 敞开式或封闭式继电器在潮湿下，绝缘会明显降低,泄漏急剧增大。另外 相对湿度达到 80%以上，霉菌、昆虫繁殖很快，对不耐霉的有机材料极易长霉， 以致影响产品性能。例如，绝缘漆和层压塑料表面发霉后，使表面电阻下降 10%。 在有灰尘的环境中，相对湿度大，灰尘易吸附水分，使一部分可溶性杂 质溶于水中，变成电解液，灰尘本身与金属间形成腐蚀微电池，加速金属腐蚀。 对
12、非密封继电器，线圈的失效，往往是由于这种“电解腐蚀”引起断线所造成。 高湿下，会加剧继电器触点膜电阻的生成，当水汽含量超过 1000PPm时, 会引起接触电阻发生不规则变化。对一些应用在高温高湿条件下的非密封继电 器,其绝缘零件还要进行特殊的三防(防湿、防霉、防菌）处理。 在其它环境条件下，如盐雾、油雾、噪声场、恒加速度等，继电器的内部 结构损坏与其它电器元件类似。例如盐雾或其它有害气体对电器产品零件的腐 蚀很严重。 用户在选用继电器时，必须对上述情况有所了解。 （3）根据输入量选定继电器的输入参数。 在电磁继电器的输入参数中，与用户密切相关的是线圈的工作电压（或 电流），而吸合电压（或电流）
13、则是继电器制造厂约束继电器灵敏度并对其进 行判断、考核的参数，它只是一个工作下限参考值。不少用户因不了解继电器 动作原理的特殊性，往往把吸合电压（或电流）错认为是继电器应可靠工作的 电压（或电流），而把工作电压值取在吸合电压值上，这是十分危险也是不允 许的。因为吸合值只是保证继电器可靠动作的最小输入量，而继电器动作后， 还需要一个保险量，以提高维持可靠闭合所需的接触压力、抗环境作用所需的 电磁吸力。否则，一旦环境温度升高或在机械振动和冲击条件下，或输入回路 电流波动和电源电压降低时，仅靠吸合值是不可能 保证可靠工作的。所以选择继电器时，首先看继电器技术条件规定的额定 工作电压是否与整机线路所能
14、提供的电压相符,绝不能与继电器吸合值相比。 按照继电器工业标准，交流继电器应该在其标称电压的 85%下吸合,而直 流继电器应该在标称电压的 75%下吸合。如果需要的数值与此不同，就应该加 以说明。 在极限温度下，用户对线圈激励量的变化往往未给予足够的余量。尤其 在较高的温度下，这个问题是很关键的。因为在高温下线圈电阻增加，线圈功 率下降。另外，由于线圈内部产生的温升也需要过激励或余量。对于低温下释 放，也存在着同样的问题,不过不经常出现。 (4) 根据负载情况选择继电器触点的种类与参数 与被控电路直接连接的触点是继电器的接触系统。国外和国内长期实践证 明，约百分之七十以上的故障发生在触点上。这
15、除了与继电器本身结构与制造 因素密切相关之外，未能正确选用和使用也是重要因素之一。且大多数问题是 由于用户的实际负载要求与继电器触点额定负载不同而引起的。 根据控制要求确定触点组合形式，如需要的是常开还是常闭触点或转换 触点； 根据被控回路多少确定触点的对数和组数； 根据负载性质与容量大小确定触点有关参数，如额定电压、电流与容量， 有时还需要考虑对触点接触电阻、抖动时间、分布电容等的要求。关于触点切 换的额定值，电磁继电器一般规定它的性质及大小。它的含义是指在规定的动 作次数内，在定的电压和频率下，触点所能切换的电流的大小。这一负载值是 由继电器结构要素决定 的。为了便于考核比较，一般只规定阻
16、性负载。 在实际使用中需要切换其它性质的负载，如电机、感性、灯、电容等负载 时，其切换能力可参考表 1换算： 继电器的额定负载是指在规定的动作次数(寿命）内，在规定动作频率下， 触点所能切换的纯阻性负载的大小。显然，负载增大，继电器的寿命将缩短， 但不存在一个通用的负载寿命对应关系，不同的继电器具有不同的负载与寿命 的关系曲线，即寿命曲线，如图 1所示。 一般情况下，减小负载电压可使负载电流提高，减小负载电流可使负载电 压提高，但不存在一个通用的负载电压电流对应关系。而且，即使负载电压电 流中的一个无限制的减小，负载电压电流中的另一个不可能无限制的增大，而 是有一个上限值。不同的继电器具有不同
17、的负载电压与负载电流的关系曲线， 即负载曲线，如图 2所示，实际施加的负载应限制在此曲线之下。 这里还要提醒的是，继电器额定值不一定适用于从零到规定值的所有负载。 能可靠切换 10A 负载的触点，并不意味着它能可靠地切换 10mA的负载。这是 因为在不同范围负载下，触点的失效机理不同。 继电器触点交流额定值仅在规定的频率下适用。如果额定值是按 400Hz规 定的,那么 60Hz下的切换能力通常显然是要低的。 在切换不同步的单相交流负载时，会存在相位差。所以应选择触点额定电 压为负载电压 2倍、额定电流为负载电流 4倍的产品。其次, 适合交流负载的 触点不一定适用于几个电源相位之间的负载切换；用
18、于相位转换的继电器(一般 采用三位式触点）必须进行三相交流负载转换试验或符合有关规范，如 GJB1042 。 在某些电路中，说明的负载可能是交流负载（典型的灯负载）。但其线圈 驱动源可能是一个总是在正弦波的同一点上转换的电子电路。由于大多数继电 器基本上是在一定的电压下动作时间恒定的器件，因此，继电器触点实际切换 的负载基本上是直流负载。这种情况可能会使触点寿命明显缩短。 （5）按工作状态选择继电器 继电器的工作状态主要是指输入信号对线圈的作用状态。继电器线圈的设 计是对应于不同的输入信号状态的，有长期连续作用的信号，有短期重复工作 (脉冲)信号。连续工作是指线圈能连续地承受工作信号的长期作用
19、。对脉冲信 号还要考虑脉冲频率、通断比等。因此,要根据信号特点选用适合于不同工作状 态的继电器，一般不允许随便使用,特别要注意不能将短期工作状态的继电器使 用在连续工作状态，高温工作条件下尤其要注意。在实际切换功率负载或大功 率负载时，尤其要考虑不宜切换速率过高。一般应少于 1020次/min。最大循 环速率为：0.1 次/（最大吸合时间+最大释放时间）s。 （6）按安装工作位置、安装方式及尺寸，重量的选择 继电器工作位置与其结构特点有关，大多数继电器可在任意位置下工作， 但也有部分继电器工作位置有具体的规定。例如普通水银继电器，就规定要直 立安装,其偏斜极限不得超过 30,否则,由于水银的连
20、接中断将不起继电器作 用。 继电器除需满足在各种稳态的线路和环境条件下工作的要求外，还必须考 虑到各种动态特性，即吸合时间、释放时间，由于电流的波动因素造成的抖动， 以及触点碰撞造成的回跳等。 上面我们讲了怎样选用已批量稳定生产的继电器。如果在已生产的继电器 中没有适合整机要求的品种、规格，那就要向继电器制造厂提出设计任务书， 进行新品设计。 电磁继电器的设计任务书一般包括： 控制电路参数：控制电源类型（是交流还是直流）、工作状态(线圈是处 于长期、短期或是脉冲工作状态）、吸合值、额定值、释放值等。 被控制电路参数：负载类型（是直流还是交流：是阻性、感性或是其它） 、负载大小(闭路电流、开路电
21、压或开断功率的大小及变化范围）、触点组数及 形式。 使用环境条件：极限温度、相对湿度、气压、振动条件、冲击条件、离 心条件,使用环境气氛（指一些特殊条件）等。 寿命要求：一般应该说明使用寿命和贮存寿命要求,使用寿命又分正常条 件下和极限或特殊情况下。 外形尺寸、重量及安装尺寸要求。 对有失效率指标要求的继电器，除提出失效率指标置信度外,还要提出筛选 项目及筛选要求，寿命试验的监测水平，监测延时，失效判据等。必要时还必 须对继电器生产厂提出可靠性质量保证方面的要求及一些特殊试验方法的规定 等。 （6）试制周期、费用、首次提供样品数量等。 4 影响电磁继电器可靠性的使用因素 （1）如果将有防尘罩的
22、继电器用于温度有变化(昼夜)的和高湿的环境，则 可能出现冷凝现象，从而导致绝缘电阻下降甚至短路。这就需要在罩壳上开孔 以供继电器换气，或采用密封继电器。 （2）在清洗印制板上的继电器时，有些清洗剂对铜有很强的腐蚀性，而其 它一些清洗剂会与线圈包带上的粘剂结起化学反应。 （3）舌簧继电器使用在强的外磁场附近，应有足够的磁屏蔽，以保证其正 常工作。 （4）负载接法 触点失效机理分析表明，在中功率负载下，触点材料从阴极转移到阳极。 触点电弧测试得出，在相同负载下，动触点接阴极（如图 1(a)所示），其燃弧 时间要比动触点接阳极（图 1(b)所示）短一半以上，如 JZX-10M、JZC-1M 按图 6
23、-1(a)接法，一般燃弧为 50s 左右,而按图 1（b）接法，燃弧时间大于 100s。由于燃弧时间短，材料转移量就小，其寿命就长，且可靠，所以使用 时应按图 1（a）接法；而鉴定试验时则要按图 1（b）接法，即加严要求。 切不可在连接电源到双掷触点时将额定负载接到如图 2所示的触点上。 这样使用时,许多继电器都不能正常切换负载。 （5）线圈接法 通常继电器的线圈是不标正负极的，两端可以随便连接。但在线圈去激励 时，由于电感的作用，线圈内会产生反电动势，其峰值可高出额定电压的 5倍 以上，尽管其作用时间很短,但会造成 线圈漆层击穿或电路中的开关器件击穿。如按图 3 的方法在线圈两端接上 保护二
24、极管(当然用户也可以要求生产厂家按图 2的要求生产继电器），此时线 圈两端的正负极性就固定下来，不能反接。 对非密封继电器来讲，线圈在高湿非激励状态下,产生电解腐蚀的危险必须 给予注意。为了减少线圈腐蚀的危险，使用正极接地的电源，而且当继电器闲 置不用时,尽可能将正极断开,让线圈保持负电位。对于商业和工业用继电器， 保险商实验室规定若电压超过 50V，则不允许将地线切断。 （6）应将机电开关器件装在电源正极与继电器线圈之间，以求在断开状态 下, 安全地隔离继电器电路，以免电击危险。在选用固体电子开关器件控制继 电器线路时, 应选择漏电流足够小的器件，使继电器能在断电时可靠释放。用 于控制继电器
25、的任何开关器件, 必须承受线圈电路开路时引起的瞬时电压峰值 与线圈电路最小电压值之 和，开关不发生损坏。 （7）由于连接导线中的电压降，继电器的吸合可能不得不低于电源电压。 当使用连接导线较长的门铃型布线时，尤其是这样。 （8）如果将继电器激励了一段时间后释放,然后在短时间内再次激励, 那 么由于线圈本身的温升，吸合电压将会变大。 （9）当继电器或混合继电器与灵敏逻辑电路一道工作或靠近时, 继电器这 些装置既不应发射也不应传导能损坏灵敏逻辑电路或使其误触发的足够大的射 频瞬态电压。 （10）继电器的安装 耐振是继电器的一个重要指标，除继电器本身提高耐振能力外，安装方法 对继电器耐振能力的影响也
26、是很大的。 （11）运输保管的影响 如用户由总库向各使用单位发货运输时，任意装盒、装箱会因碰撞造成产 品机械参数变化，特别是非密封继电器。继电器的存放环境应符合产品技术条 件标准要求, 特别要注意不能在高湿和有害气氛中存放。 （12）继电器动作过程中的特性对使用可靠性的影响 触点回跳时间 任何电磁继电器都存在机械回跳时间，只不过因其结构、 动作原理不同而时间长短不同而已。长的可达几 ms甚至 10ms, 短的仅 100微 秒左右。在特殊电路中，如电码电路、脉冲电路中, 可能因回跳产生短暂闭合 及断开引起失误，如产生漏字错码或误动作,这是普通继电器在电路中致命的弱 点之一。在使用中适当选 择工作
27、电压、动作频率等可以降低回跳 。回跳在电路中还会形成干扰脉冲 影响其它电路。 动作不同时性 多触点的电磁继电器动作不可能做到触点同时接通或断开。 这就是动作的不同时性，一般相差 0.10.2ms左右。在缓慢型输入信号作用下, 这个时间差会明显增大。 桥接 当采用水银舌簧继电器时，要注意一般都有 0.5ms左右的桥接时间, 即存在两个电路同时接通现象。 交流声，几乎所有的交流继电器都会出现某 种 噪声或交流声。用户如有特定使用场合，与继电器厂商定交流声允许强度。 在舌簧继电器中，噪声系指紧跟着闭合后几 ms时间内出现在开关引线之间的电 压。它的产生是因为簧片在磁场里运动和由磁致伸缩效应在它们中间
28、产生了电 压。如果舌簧切换的信号是用在紧跟着闭合后几 ms 之内，噪声影响较大。 5 继电器线圈的瞬态抑制 当继电器线圈断电时，其储存的感应电能可能在直流电源线上产生高达 1500V 的浪涌电压，随着固体器件使用量的不断增加，必须对继电器线圈进行 抑制,将其电压峰值限制在一定的范围。 常见的线圈瞬态抑制方法有：在线圈上并联一个电阻器或阻容电路、或并 联一个二极管。线圈瞬态抑制电路会使继电器释放时间延长，使触点转换速度 变慢。 6 继电器触点的保护 （1）当触点断开感性负载电路时，负载中储存的能量必须通过触点燃弧来 消耗为了消除和减轻电弧在断开感性负载时的危害，延长触点的使用寿命，消 除或减轻继
29、电器对相关灵敏电路的电磁干扰、损害，通常采用电弧抑制保护措 施。 常见的触点保护电路有：在感性负载上并联一个电阻或阻容电路、或并联 一个二极管。 （2）应尽量避免继电器输出端和输入端共线或连通，因为线圈去激励时， 线圈上的反电势会加在触点上，使触点的断开电压增大，同时也会干扰其它电 路。 继电器应用 - S/HS固态继电器原理与应用 - Go to message 交流固态继电器 SSR(Solid state releys)是一种无触点通断电子开关,为四 端有源器件。其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端,中间采用光 电隔离,作为输入输出之间电气隔离(浮空)。在输入端加上直流或脉冲信
30、号,输 出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状态),从而控制较大负载。 整个器件无可动部件及触点,可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。 由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件,所以与电磁继电 器相比具有工作可靠、寿命长,对外界干扰小,能与逻辑电路兼容、抗干扰能力 强、开关速度快和使用方便等一系列优点,因而具有很宽的应用领域,有逐步取 代传统电磁继电器之势,并可进一步扩展到传统电磁继电器无法应用的计算机等 领域。目前,国内已有北京先锋公司电子厂、上海超诚电子技术研究所、上海中 沪电子仪器厂、无锡康裕电器元件厂、无锡天豪电子仪器设备厂、苏州无线电 元件一厂等单位生产此
31、类产品。 固态继电器的工作 SSR 固态继电器以触发形式,可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。在输 入端施加合适的控制信号 VIN时,P 型 SSR立即导通。当 VIN撤销后,负载电流 低于双向可控硅维持电流时(交流换向),SSR 关断。 Z 型 SSR内部包括过零检测电路,在施加输入信号 VIN时,只有当负载 电源电压达到过零区时,SSR 才能导通,并有可能造成电源半个周期的最大延时。 Z型 SSR关断条件同 P型,但由于负载工作电流近似正弦波,高次谐波干扰小,所 以应用广泛。 先锋公司电子厂 SSR由于采用输出器件不同,有普通型(S,采用双向可控硅 元件)和增强型(HS,采用单向可控硅元
32、件)之分。当加有感性负载时,在输入信号 截止 t1之前,双向可控硅导通,电流滞后电源电压 90O(纯感时)。t1 时刻,输入 控制信号撤销,双向可控硅在小于维持电流时关断(t2),可控硅将承受电压上升 率 dv/dt很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容,正反馈到 栅极。如果超过双向可控硅换向 dv/dt指标(典型值 10V/ s,将引起换向恢复 时间长甚至失败。 单向可控硅(增强型 SSR)由于处在单极性工作状态,此时只受静态电压 上升率所限制(典型值 200V/ s),因此增强型固态继电器 HS系列比普通型 SSR 的换向 dv/dt指标提高了 5 20 倍。由于采用两只大功
33、率单向可控硅反并联,改 变了电流分配和导热条件,提高了 SSR输出功率。 增强型 SSR在大功率应用场合,无论是感性负载还是阻性负载,耐电压、 耐电流冲击及产品的可靠性,均超过普通固态继电器,并达到了进口产品的基本 指标,是替代普通固态继电器的更新产品。 固态继电器的应用 S 系列固态继电器,HS 系列增强型固态继电器、可以广泛用于:计算机 外围接口装置,恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、 复印机和全自动洗衣机控制、信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控 制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动 化装置等。在应用中需要考虑下述问题。 1.
34、器件的发热 SSR 在导通时,元件将承受 P耗=V 有?譏有的热耗散功率,其中 V有效值 和 I有效值分别为饱和压降和工作电流的有效值。此时,需依据实际工作环境条 件,严格参照额定工作电流时允许的外壳温升(75),合理选用散热器尺寸或降 低电流使用,否则将因过热引起失控,甚至造成产品损坏。 在线路板上使用,连续负载电流 2 3A 时,可选用 S?3,S?4产品,5A 时,可选用 S?08W3封装产品。10A 以下,可采用散热条件良好的仪器底板。10A 以上,需配散热器。30A 以下,采用自然风冷,连续负载电流大于 30A时,需采用 仪器风扇强制风冷。 2.封装和安装形式 卧式 W型、立式 L型
35、,体积小适用于印制板直接焊接安装。立式 L2型, 既能适合于线路板焊接安装,也能适用于线路板上插接安装。K 型及 F型,适合 散热器及仪器底板安装。大功率 SSR(K型和 F型封装)安装时,应注意散热器接 触面应平整,并需涂复导热硅脂(先锋 T-50)。安装力矩愈大,接触热阻愈小。大 电流引出线,需配冷压焊片,以减少引出线接点电阻。 3.输入端驱动 SSR 按输入控制方式,可分为电阻型、恒流源和交流输入控制型。目前 主要提供的,是供 5V TTL电平用电阻输入型。使用其他控制电压时,可相应选用 限流电阻。SSR 输入属于电流型器件,当输入端光耦可控硅完全导通后(微秒数 量级),触发功率可控硅导
36、通。当激励不足或斜波式的触发电压,有可能造成功率 可控硅处于临界导通边缘,并造成主负载电流流经触发回路引起的损坏。 例如基本性能测试电路,输入为可调电压源,测试负载用 100W灯泡,输 入触发信号应为阶跃逻辑电平,强触发方式。国外厂商提供的器件标准电流为 10mA,考虑到全温度工作范围(-40 +70),发光效率稳定和抗干扰能力,推荐最 佳直流触发工作电流在 12 25mA 之间。 SSR 输入端可并联或串联驱动。串联使用时,一个 SSR按 4V电压考虑, 12V电压可驱动 3个 SSR。 4.干扰问题 SSR 产品也是一种干扰源,导通时会通过负载产生辐射或电源线的射频 干扰,干扰程度随负载大
37、小而不同。白炽灯电阻类负载产生的干扰较小,零压型 在交流电源的过零区(即零电压)附近导通,因此干扰也较小。减少的方法是在负 载串联电感线圈。另外,信号线与功率线之间,也应避免交叉干扰。 5.过流/过压保护 快速熔断器和空气开关,是通用的过电流保护方法。快速熔断器可按额 定工作电流的 1.2倍选择,一般小容量可选用保险丝。特别注意负载短路,是造 成 SSR产品损坏的主要原因。感性及容性负载,除内部 RC电路保护外,建议采用 压敏电阻并联在输出端,作为组合保护。金属氧化锌压敏电阻(MOV)面积大小决 定吸收功率,厚度决定保护电压值。交流 220V的 SSR,选用 MYH12、430V、 12 的压
38、敏电阻;380V 选用 MYH12、750V 压敏电阻;较大容量的电机变压器应选用 MYH20、24 通流容量大的压敏电阻。 6.关于负载的考虑 SSR 对一般的负载应是没有问题的,但也必须考虑一些特殊的负载条件, 以避免过大的冲击电流和过电压,对器件性能造成不必要的损坏。白炽灯、电炉 等类的“冷阻”特性,造成开通瞬间的浪涌电流,超过额定工作电流值数倍。一 般普通型 SSR,可按电流值的 2/3选用。增强型 SSR,可按厂商提供的参数选用。 在恶劣条件下的工业控制现场,建议留有足够的电压、电流余量。 某些类型的灯,在烧断瞬间会出现低阻抗。气化和放电通道以及容性负 载,如切换电容器组或电容器电源
39、,会造成类似短路状态。可在线路中进一步串 联电阻或电感,作为限流措施。电机的开启和关闭,也会产生较大的冲击电流和 电压。中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖动,以及电容换向式电机换向 时,电容电压和电源电压的叠加会在 SSR两端产生二倍电源的浪涌电压。 控制变压器初级时,也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响。此 外,变压器也有可能因为两个方向电流不对称,造成饱和引起的浪涌电流异常现 象。上述情况,使 SSR在特殊负载的应用,多少变得有点复杂。可行的办法,就是 通过示波器去测量可能引起的浪涌电流和电压,从而选用合适的 SSR和保护措施。 应用实例 1.调压应用 P 型 SSR调压,可采用外
40、配移相电路来实现。例如,TW-702 控温仪的触 发系统,国产 SDKC-05单电源调相集成电路(见图 2)。在计算机上,通常采用 PIO 经驱动级的位控方式,利用 50Hz电网电源的过零中断,经 CTC计时,控制导通角, 以达到调压之目的。 2.交流调功应用 “交流调功”是一种 Z型 SSR普遍采用的方法,也能实现 PID调节。即 在固定周期内,控制交流正弦电流半波个数,达到调功目的。模拟电路常采用电 压比较器,将一个固定周期的锯齿电压和来自前级误差电压作比较,输出方波实 现调节,如图 3所示。在计算机上采用计时算法,产生占空比可调的方波脉冲击 来实现。例如日本的 SHIMADEW和 OMR
41、ON公司的 SR22、FD20、E5 系列智能化控 温产品,配合 Z型 SSR,实现自适应“自动翻转”控制,即通过计算机产生扰动, 算出最佳 PID控制参数。 3.三相电流控制 HS 系列 SSR产品,可直接用于三相电机的控制。最简单的方法,是采用 2只 SSR作电机通断控制,4 只 SSR作电机换相控制,第三相不控制。 作为电机换向时应注意,由于电机的运动惯性,必须在电机停稳后才能换向, 以避免产生类似电机堵转情况,引起的较大冲击电压和电流。在控制电路设计上, 要注意任何时刻都不应产生换相 SSR同时导通的可能性。上下电时序,应采用先 加后断控制电路电源,后加先断电机电源的时序。换向 SSR
42、之间,不能简单地采 用反相器连接方式,以避免在导通的 SSR未关断,另一相 SSR导通引起的相间短 路事故。此外,电机控制中的保险、缺相和温度继电器,也是保证系统正常工作 的保护装置。 元器件应用 - TinySwitch II系列微型单片开关电源的应 用 - Go to message 来源：北极星电技术网 作者：河北科技大学 沙占友 张苏英 王彦朋 摘 要：TinySwitch-II 系列适合制作高效率、低成本、23W 以下的小 型化开关电源，充电器、电源哲学系科端设备。本文介绍其典型应用及电路设 计要点。 关键词：小功率 单片开关电源 充电器 待机电源 设计 TinySwitch-II系
43、列产品可广泛用于 23W以下小功率、低成本的高效开关 电源。例如，IC 卡付费电度表中的小型化开关电源模块，手机电池恒压恒流 充电器,电源适配器（Powersupplyadapter）,微机、彩电、激光打印机、录像 机、摄录像机等高档家用电器中的待机电源(Standbypowersupply)还适用于 ISDN及 DSL网络终端设备。 使用 TinySwitch-II便于实现开关电源的优化设计。由于其开关频率 提高到 132kHz，因此高频变压器允许采用 EE13或 EF12.6小型化磁芯，并达到 很高的电源效率。TinySwitch-II 具有频率抖动特性，仅用一只电感（在输出 功率小于 3
44、W或可接受的较低效率时，还可用两个小电阻）和两只电容，即可进 行 EMI滤波。即使在短路条件下，也不需要使用大功率整流管。做具有恒压 恒流特性的充电器时，TinySwitch-II 能直接从输入高压中获取能量，不需要 反馈绕组，并且即使输出电压降到零时仍能输出电流，因此可大大简化充电器 的电路设计。对于需要欠压保护的应用领域（如 PC待机电源），也能节省元件 数量。 1:TinySwitch II的典型应用 1:1 - 2.5W恒流恒压输出式手机电池充电器 由 TNY264（IC1）构成的 2.5W（5V、0.5A）、交流宽范围输入的手机电池 充电器电路，如图 1所示。RF 为熔断电阻器。85
45、V265V 交流电经过 VD1VD4 桥式整流，再通过由电感 L1与 C1、C2 构成的 型滤波器，获得直流高压 UI。R1 为 L1的阻尼电阻。利用 TNY264的频率抖动特性，允许使用简单的滤波 器和低价格的安全电容 C8（Y 电容）即可满足抑制初、次级之间传导式电磁干 扰（EMI）的国际标准。即使发生输出端容性负载接地的最不利情况下，通过给 高频变压器增加屏蔽层，仍能有效抑制 EMI。由二极管 VD6、电容 C3和电阻 R2 构成的钳位保护电路，能将功率 MOSFET关断时加在漏极上的尖峰电压限制在安 全范围以内。当输出电流 IO低于 500mA时，电压控制环工作，电流控制环则因 晶体管
46、 VT截止而不起作用。此时，输出电压 UO由光耦合器 IC2（LTV817）中 LED的正向压降（UF1V）和稳压管 VDZ的稳压值（UZ=3.9V）来共同设定，即 UO=UFUZ5V。电阻 R8给稳压管提供偏置电流，使 VDZ的稳定电流 IZ接近于 典型值。次级电压经 VD5、C5、L2 和 C6整流滤波后，获得5V 输出电压。 TinySwitch II的开关频率较高，在输出整流管 VD5关断后的反向恢复过 程中，会产生开关噪声，容易损坏整流管。虽然在 VD5两端并上由阻容元件串 联而成的 RC吸收电路，能对开关噪声起到一定的抑制作用，但效果仍不理想， 况且在电阻上还会造成功率损耗。解决的
47、办法是在次级整流滤波器上串联一只 磁珠。 图 1: 2.5W恒压恒流式手机电池充电器 磁珠（Magneticbead）是近年来问世的一种超小型的非晶合金磁性材料， 它与铁氧体属两种材料。市售的磁珠外形与塑封二极管相仿，外形呈管状，但 改用磁性材料封装，内穿一根导线而制成的小电感。常见磁珠的外形尺寸有 2.53（mm）、2.58（mm）、35（mm）等多种规格。供单片开关电 源使用的磁珠，电感量一般为几至几十 H。磁珠的直流电阻非常小，一般为 0.0050.01。通常噪声滤波器只能吸收已发生了的噪声，属于被动抑制型； 磁珠的作用则不同，它能抑制开关噪声的产生，因此属于主动抑制型，这是二 者的根本
48、区别。磁珠可广泛用于高频开关电源、录像机、电子测量仪器、以及 各种对噪声要求非常严格的电路中。图 1中的滤波电感 L2，就选用 3.3H 的 磁珠，可滤除 VD5在反向恢复过程中产生的开关噪声。 由晶体管 VT、电流检测电阻 R4和光耦合器 IC2组成电流控制环。当输出 电流 IO接近于 500mA时，由于 R4上的压降升高，使晶体管 VT的发射极电压 UBE也随之升高，VT 进入放大区，此时电流控制环开始起作用，输出呈恒流特 性。即使输出端发生短路故障，使得 IO，UO0V，由于电阻 R6和 R4上的总 压降约为 1.2V，仍能维持 VT和光耦合器中 LED的正常工作。R3 为基极限流电 阻
49、。 1.2 - 15W的 PC机待机电源电路 一种输出功率为 15W的 PC机待机电源电路如图 2所示。该电源可提供两路 输出：主输出为5V、3A；辅助输出则为12V、20mA。总输出功率为 15.24W，电源效率高于 78。电路中采用两片集成电路：TNY267P 型微型单片 开关电源（IC1),SFH615 2 型线性光耦合器（IC2）。直流输入电压为 140V375V，这对应于交流输入电压为 230V15或者 110115V 倍压输入的 情况。利用 TNY267P的欠压检测、自动重启动和高频开关特性，允许使用体积 较小、价格较低的 EE22型高频变压器磁芯。TNY267P 芯片采用的是 DIP 8封装 形式，它能滤除因输出滤波电容缓慢放电而引起自动重启动时，在输出电压波 形上形成的毛刺。当输入电压低于欠压值时，TNY267P 就自动关断，起到保护 作用；仅当输入电压高于欠压阈值时才工作。R2、R3 为欠压阈值设定电阻。二 者的总阻值选 4M 时，欠压阈值设定为直流 200V，整流后的直流高压 UI必须 高于 200V时，才能开启电源。而一旦开启电源，就将持续工作，直到 UI降至 140V才关机。这种滞后式关机的特性，可为待机电
