SSR 或固態(tài)繼電器是高功率電氣開關(guān)，無(wú)需機(jī)械觸點(diǎn)即可工作，而是使用 MOSFET 等固態(tài)半導(dǎo)體來(lái)切換電氣負(fù)載。

SSR 可用于通過(guò)電流可忽略不計(jì)的小輸入觸發(fā)電壓來(lái)操作高功率負(fù)載。

這些器件可用于操作高功率交流負(fù)載以及直流負(fù)載。

與機(jī)電繼電器相比，固態(tài)繼電器具有一些獨(dú)特的功能，因此效率很高。

SSR的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

固態(tài)繼電器或 SSR 的主要特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)是：

SSR 可以使用最少數(shù)量的普通電子部件輕松構(gòu)建

由于沒(méi)有機(jī)械觸點(diǎn)，它們?cè)跊](méi)有任何形式的咔嗒聲的情況下工作。

固態(tài)也意味著 SSR 的開關(guān)速度比傳統(tǒng)的機(jī)電類型快得多。

SSR 不依賴外部電源接通，而是從負(fù)載本身提取電源。

它們使用可忽略不計(jì)的電流工作，因此不會(huì)耗盡電池供電系統(tǒng)中的電池電量。這也確保了器件的空閑電流可以忽略不計(jì)。

使用 MOSFET 的基本 SSR 工作概念

在我之前的一篇文章中，我解釋了如何使用基于MOSFET的雙向開關(guān)來(lái)操作任何所需的電氣負(fù)載，就像標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械開關(guān)一樣，但具有非凡的優(yōu)勢(shì)。

相同的 MOSFET 雙向開關(guān)概念可用于制造理想的 SSR 器件。

基本固態(tài)繼電器設(shè)計(jì)

在上面顯示的基本SSR設(shè)計(jì)中，我們可以看到幾個(gè)適當(dāng)額定值的MOSFET T1和T2背靠背連接，它們的源極和柵極端子相互連接。

D1 和 D2 是橫跨相應(yīng) MOSFET 漏極/拉極的內(nèi)部體二極管。

在兩個(gè)MOSFET的公共柵極/源極端子上也可以看到一個(gè)輸入直流電源。該電源用于觸發(fā) MOSFET 導(dǎo)通，或在 SSR 單元工作時(shí)使能 MOSFET

的永久導(dǎo)通。

可達(dá)到電網(wǎng)電源電平的交流電源和負(fù)載串聯(lián)在MOSFET的兩個(gè)漏極上。

工作原理

建議出售狀態(tài)繼電器的工作原理可以參考下圖和相應(yīng)的細(xì)節(jié)來(lái)理解：

通過(guò)上述設(shè)置，由于輸入柵極電源連接，T1和T2都處于開關(guān)ON位置。當(dāng)負(fù)載側(cè)交流輸入接通時(shí)，左圖顯示了正半周期如何通過(guò)相關(guān)的MOSFET/二極管對(duì)（T1、D2）導(dǎo)通，右側(cè)圖顯示了負(fù)交流周期如何通過(guò)另一個(gè)互補(bǔ)的MOSFET/二極管對(duì)（T2、D1）傳導(dǎo)。

在左圖中，我們發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)交流半周期通過(guò)T1和D2（T2反向偏置），最后通過(guò)負(fù)載完成循環(huán)。

右側(cè)圖顯示了另一個(gè)半周期如何通過(guò)傳導(dǎo)負(fù)載T2，D1（在這種情況下T1反向偏置）在相反方向上完成電路。

通過(guò)這種方式，兩個(gè) MOSFET T1、T2 及其各自的漏極/源極體二極管 D1、D2 允許交流電的兩個(gè)半周期導(dǎo)通，完美地為交流負(fù)載供電，并有效地完成

SSR 作用。

制作實(shí)用的 SSR 電路

到目前為止，我們已經(jīng)了解了SSR的理論設(shè)計(jì)，現(xiàn)在讓我們繼續(xù)前進(jìn)，看看如何構(gòu)建一個(gè)實(shí)用的固態(tài)繼電器模塊，用于切換所需的高功率交流負(fù)載，而無(wú)需任何外部輸入直流。

上述SSR電路的配置方式與前面基本設(shè)計(jì)中討論的方式完全相同。但是，這里我們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)額外的二極管D1和D2，以及MOSFET內(nèi)部體二極管D3，D4。

二極管D1、D2是為特定目的而引入的，使得它與D3、D4 MOSFET體二極管一起形成橋式整流器。

微小的開關(guān)可用于打開/關(guān)閉 SSR。該開關(guān)可以是磁簧開關(guān)或任何低電流開關(guān)。

對(duì)于高速開關(guān)，您可以用光耦合器替換開關(guān)，如下所示。

從本質(zhì)上講，該電路現(xiàn)在滿足 3 個(gè)要求。

它通過(guò) MOSFET/二極管 SSR 配置為交流負(fù)載供電。

由D1---D4形成的橋式整流器同時(shí)將負(fù)載交流輸入轉(zhuǎn)換為整流和濾波直流，該直流用于偏置MOSFET的柵極。這允許 MOSFET

通過(guò)負(fù)載交流本身適當(dāng)導(dǎo)通，而無(wú)需依賴任何外部直流電。

整流后的直流進(jìn)一步端接為輔助直流輸出，可用于為任何合適的外部負(fù)載供電。

電路問(wèn)題

仔細(xì)觀察上述設(shè)計(jì)表明，這種 SSR

設(shè)計(jì)可能在有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能方面存在問(wèn)題。這是因?yàn)椋?dāng)開關(guān)直流到達(dá)MOSFET的柵極時(shí)，它將開始導(dǎo)通，導(dǎo)致電流通過(guò)漏極/源極旁路，從而耗盡柵極/源極電壓。

讓我們考慮一下MOSFET T1。一旦整流直流開始到達(dá)T1的柵極，它將從4

V左右開始右轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電源通過(guò)其漏極/源極產(chǎn)生旁路效應(yīng)。此時(shí)，直流將難以在齊納二極管上上升并開始下降到零。

這反過(guò)來(lái)會(huì)導(dǎo)致 MOSFET 關(guān)斷，MOSFET 漏極/源極和 MOSFET 柵極/源極之間將發(fā)生持續(xù)的僵持式斗爭(zhēng)或拉鋸戰(zhàn)，從而阻止 SSR

正常工作。

解決方案

上述問(wèn)題的解決方案可以使用以下示例電路概念來(lái)實(shí)現(xiàn)。

這里的目標(biāo)是確保MOSFET在齊納二極管或MOSFET柵極/源極兩端產(chǎn)生最佳的15 V電壓之前不會(huì)導(dǎo)通

運(yùn)算放大器確保其輸出僅在直流線路超過(guò)15 V齊納二極管基準(zhǔn)電壓閾值時(shí)觸發(fā)，從而使MOSFET柵極能夠獲得最佳的15 V DC導(dǎo)通。

與IC 3引腳741相關(guān)的紅線可以通過(guò)光耦合器切換，以便從外部電源進(jìn)行所需的切換。

工作原理：如我們所見，運(yùn)算放大器的反相輸入與15V齊納二極管相連，后者構(gòu)成運(yùn)算放大器引腳2的基準(zhǔn)電平。Pin3是運(yùn)算放大器的同相輸入，與正極線連接。這種配置可確保運(yùn)算放大器的輸出引腳6僅在其引腳15電壓達(dá)到3

V標(biāo)記以上時(shí)產(chǎn)生15V電源 該操作可確保MOSFET僅通過(guò)有效的15 V最佳柵極電壓導(dǎo)通，從而使SSR能夠正常工作。

隔離開關(guān)

任何 SSR 的主要特性是使用戶能夠通過(guò)外部信號(hào)對(duì)設(shè)備進(jìn)行隔離切換。

通過(guò)此功能可以促進(jìn)上述基于運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)，如以下概念所示：

二極管如何像橋式整流器一樣工作

在正半周期內(nèi)，電流通過(guò)D1、100k、齊納、D3并返回交流電源。

在另一個(gè)半周期中，電流通過(guò)D2，100k，齊納，D4并返回交流電源。