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固態繼電器的保護

2019年06月21日 16:15 lq 作者: 用戶評論(0

固態繼電器在眾多實際使用過程中,很多情況下,經常是由于負載側絕緣破壞,產生回路短路,導致固態繼電器損壞,這是廣大電氣工程師在設計時需要考慮到,并且經常會碰到的問題。

固態繼電器的保護

(1)過電流的保護

固態繼電器是以半導體開關器件作為功率輸出部件的,對溫度的變化較為敏感,過電流會使半導體芯片過熱而造成品質下降,壽命降低甚至永久性損壞。雖然固態繼電器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。因而,過電流的保護是很重要的,過電流的保護方法很多,關鍵在于反映速度要快。對以可控硅為輸出器件的交流固態繼電器,由于可控硅需電流過零關斷的特性則對于在10Ms(50Hz)以內超過SSR浪涌電流承受值的浪涌電流和短路電流,一般的保護電路是無效的,應考慮采用半導體器件專用的快速熔斷器。熔斷器的標稱熔斷電流不應超過SSR的標稱電流值。市售的快速熔斷器種類較多,但質量差異較大,請選擇時加以注意。

(2)過電壓的保護

當負載為感性或容性時,很可能產生大于固態繼電器所能承受的瞬態電壓(阻斷電壓)和電壓上升率(dv/dt)。若保護措施不當或響應不靈敏,不僅會造成固態繼電器失控,嚴重時還可能燒毀固態繼電器或設備。因此,過電壓的保護是必須的。普遍的應用是外加瞬態抑制(RC吸收)電路和電壓鉗位電路(雙向穩壓二極管壓敏電阻)。本公司在設計產品時,多數產品內部已加上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負載的有關參數和環境條件,認真計算和實驗RC回路的選值。若滿足不了,應再并聯一個RC回路和壓敏保護電路。在一般情況下,RC吸收回路可以有效地抑制加至固態繼電器的瞬態電壓和電壓指數上升率(dv/dt),壓敏電阻保護電路可以吸收寬脈沖的過電壓。RC吸收回路的RC值選擇要經過計算和驗證。經驗的選擇(僅供參考)是電阻在27-150歐姆、功率為2-5瓦之間,電容容量在0.01-1uf、耐壓在250-500VAC之間,(例:R=51歐/2W,C=0.2uF/500VAC)精確值應在實驗后確定。注意不要發生振蕩。壓敏電阻的選擇同樣要經過認真的計算和驗證。一般情況下(僅供參考),在220VAC電路里使用標稱470-680V、?12-16的,在380VAC電路里使用標稱780-1000V、?12-16的。

(3)過熱保護

如固態繼電器過熱,輕則失控,重則造成永久性損壞,建議加裝過熱保護措施,通常的做法是保證固態繼電器的底板處溫度不超過75-80℃。一般的溫度保護電路就可以達到目的,比較經濟實惠的是在散熱器上靠近SSR底板處安裝溫控開關,溫升達到限定溫度時切斷SSR輸入信號。

固態繼電器工作時,在其內部芯片上存在一定的功率損耗,這個損耗功率主要由固態繼電器輸出電壓降與負載電流乘積決定,以發熱的形式消耗掉。因此散熱的好壞直接影響到固態繼電器工作的可靠性,優良的熱學設計可避免由于散熱不良造成的失敗和損壞。

一般而言,負載電流小于5A的固態繼電器,利用空氣對流散熱即可。要求安裝在有良好對流環境、兩個固態繼電器間距離大于一個固態繼電器的寬度。電流大于10A的固態繼電器應加裝散熱器,對于負載電流大于40A的固態繼電器,根據設計體積大小,必要時要使用風冷或水冷。

3、固態繼電器的應用熱設計和散熱器的選擇

固態繼電器在工作中內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,以發熱的形式體現。散熱的好壞直接影響到固態繼電器的最大負載電流和允許的最高工作環境溫度值,是影響固態繼電器可靠工作的重要因素之一。所以,我們應重視固態繼電器的應用熱設計和散熱器的選擇,使固態繼電器穩定可靠的工作,避免由于散熱不良而造成的固態繼電器的失效和損壞。

一般而言,輸出電流小于5A的固態繼電器,利用空氣自然對流,足以達到冷卻散熱的目的,但安裝時要有一個良好的對流環境,固態繼電器之間的距離不得小于一個固態繼電器的寬度。

負載電流大于10A的固態繼電器使用合適的散熱器是必不可少的,必要時還要進行風冷(風冷風速6米/秒)或水冷。良好的散熱條件對于固態繼電器的可靠工作是十分重要的。產品手冊中一般都會給用戶提供工作電流、通態壓降和熱阻等參數,有的還會給出工作電流/耗散功率與環境溫度/基板溫度曲線,供使用時參考。利用這些參數就可以計算出所需散熱器的熱阻,再根據散熱器廠家產品手冊上的熱阻參數選擇散熱器。

固態繼電器的保護

交流固態繼電器的保護措施

1、固態繼電器電壓等級的選取及過壓保護

當加在固態繼電器交流兩端的電壓峰值超過交流固態繼電器所能承受的最高電壓峰值時,固態繼電器內的元件便會被電壓擊穿而造成交流固態繼電器損壞,選取合適的電壓等級和并聯壓敏電阻可以較好地保護交流固態繼電器。

a、交流負載為220v的阻性負載時可選取220v電壓等級的交流固態繼電器。

b、交流負載為220v的感性負載或交流負載為380v的阻性負載時可選取380v電壓等級的交流固態繼電器。

c、交流負載為380v的感性負載時可選取480v電壓等級的交流固態繼電器(480v等級的交流固態繼電器還具有更高的靜態dv/dt指標);其他要求特殊、可靠性要求高的場合如電力補償電容器切換、電動機正反轉等均須選取480v電壓等級的交流固態繼電器。

d、交流負載的電壓小于100vac以下場合時,選擇固態繼電器最好向我公司咨詢定制。交流固態繼電器過壓的保護:除交流固態繼電器內部本身有rc吸收回路保護外,還可以采取并聯金屬氧化物壓敏電阻(mov),mov面積大小決定吸收功率,mov的厚度決定保護電壓值。一般220v系列交流固態繼電器可選取500v-600v的壓敏電阻,380v系列交流固態繼電器可選取800v-900v的壓敏電阻,480v系列交流固態繼電器可選取1000v-1100v的壓敏電阻。

固態繼電器的保護

2、固態繼電器電流等級的選取及過流保護

過流(最嚴重的情況為負載短路)是造成交流固態繼電器內部輸出可控硅永久性損壞的最主要原因。快速熔斷器和空氣開關是過流保護方法之一,小容量交流固態繼電器也可選用保險絲;許多負載在接通瞬間會產生很大的浪涌電流,由于散熱不及,浪涌電流與過流一樣也是造成交流固態繼電器內部輸出可控硅損壞的最主要原因之一。因此選取固態繼電器時,保證一定的電流余量是極其重要的。

a、阻性負載時,選取交流固態繼電器的電流等級宜大于等于2倍的負載額定電流。

b、負載為交流電動機時,選取交流固態繼電器的電流等級須大于等于6-7倍的電動機額定電流。

c、交流電磁鐵中間繼電器線保、電感線圈等負載時,選取交流固態繼電器的電流等級宜大于等于4倍的負載額定電流,變壓器時要求大于等于5倍變壓器初級額定電流,特種感性、容性負載則應根據實際經驗還須放大交流固態繼電器的電流余量。

d、電力補償電容器類負載時,選取交流固態繼電器的電流等級須大于5倍的負載額定電流。

3、交流固態繼電器的發熱與散熱

單相交流固態繼電器在導通時的最大發熱量按實際工作電流×1.5w/a來計算,在散熱設計時,應考慮到環境溫度,通風條件(自然冷卻、風扇冷卻)及交流固態繼電器安裝密度等因素。固態繼電器與散熱器安裝面間須涂一薄層導熱硅脂。

固態繼電器的保護

交流固態繼電器產生于70年代,其封裝形式也與傳統電磁繼電器基本相同,由于它的無觸點工作特性,使其在許多領域的電控及計算機控制方面得到日益廣范的應用。

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( 發表人:李倩 )

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