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固態繼電器

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概要
  • 何謂固態繼電器(SSR)
  • SSR與有接點繼電器之差異
    SSR即是固態繼電器(Solid State Relay)的簡稱,也就是無可動接點部分的繼電器(無接點繼電器)。其動作上雖然與有接點繼電器沒有差異,但SSR則是指使用了矽控整流器、雙向三極體、二極體、電晶體等半導體開關元件的繼電器。此外,SSR使用稱為光耦合器的半導體來進行輸出輸入之間的絕緣。光耦合器可在絕緣的空間內傳輸光的訊號,其特徵便是絕緣性佳且傳輸速度快。由於SSR是由無接點的電子零件組合而成,因此具備許多有接點零件所沒有的優點。其中最大的優點就是不會像有接點繼電器般因開關而產生磨耗。

尤其能因應

  • 高速、高頻率的開關
  • 無故障接觸的狀況
  • 產生的雜訊極小
  • 動作時無聲等,因此適用於廣泛的用途。

 

功率電晶體(DC負載用)
功率MOS FET (AC、DC負載用)
閘流體(AC負載用)
雙向三極體(AC負載用)

 

固態繼電器(SSR)(交流負載開關的調表範例)

 

電磁繼電器(EMR:Electro Magnetic Relay)
對線圈施加輸入電壓即可產生電磁力,藉此移動可動電樞,並以此連動來切換接點。不僅可應用於控制面板,亦可廣泛用於其他用途。而且其原理簡單,因此只需低成本即可完成。

 

  • SSR控制(ON/OFF控制、循環控制、最佳循環控制、位相控制)
    ON/OFF控制是以接收溫度控制器的電壓輸出訊號之方式對SSR進行ON/OFF,藉此控制加熱器的ON/OFF。電磁繼電器雖然也能進行相同的控制,但是要進行數秒間隔的ON/OFF控制且使用數年時間,就必須使用SSR。循環控制(G32A-EA型)是以0.2秒(固定)為控制週期,進行0.2秒的ON/OFF來控制輸出電力的方式。接收溫度控制器4~20mA的電流輸出來進行控制。最佳循環控制的基本原理,是每半個循環會決定一次ON/OFF的Zero cross控制。所輸出的波形,其輸出的平均時間可正確符合指令值。
    zero cross功能(zero cross精度)本身雖與傳統的zero cross控制相同,但相較傳統zero cross控制會在控制週期中的固定時間連內連續維持ON,此功能能夠每半循環就切換一次ON/OFF,因此可提升輸出精度。
位相控制是藉由接收溫度控制器4~20mA的電流輸出訊號,於每半個循環變化一次輸出量來進行控制。可進行高精度的溫度控制,多用於半導體製造裝置。

 

  • MOS FET繼電器的結構與動作原理
    MOS FET繼電器是在輸出元件內使用了功率MOS FET的SSR。為了讓功率MOS FET進行動作,使用光二極體陣列作為受光元件。
    當電流流入輸入端子時LED即會發光。此光線可讓光二極體陣列產生光電動勢成為閘電壓,繼而將功率MOS FET轉為ON。藉著共源極來連接2個功率MOS FET即可控制AC負載。有DC專用僅1個功率MOS FET的類型。
G3VM型訊號用MOS FET繼電器未含變阻器。

  • MOS FET繼電器的名稱
    由於是歷史較新的商品,各廠皆賦予不同的名稱及商標。下表所列的產品為訊號用(相當於G3VM型)繼電器的範例。

 

  • SSR內部迴路結構範例

 

  1. zero cross功能
    具備zero cross功能的SSR會於交流負載電壓為零或接近零時進行動作。
    具備此zero cross功能的SSR有下列幾項效用。
  • 可降低開啟負載時的喀噠聲。
  • 用於燈、加熱器、馬達等的負載可抑制突波電流,降低對電源的影響,並且可減低突波電流保護迴路。
  1. 200V型的輸出開閉元件使用雙向三極體。