作者：Art Pini

投稿人：DigiKey 北美編輯

為了避免成本昂貴的停機時間，先進的診斷技術(shù)和預(yù)見性維護越來越多地應(yīng)用于許多行業(yè)的工廠自動化過程中，如食品飲料生產(chǎn)、自動化裝配和其他連續(xù)加工系統(tǒng)，以及暖通空調(diào)、水凈化和發(fā)電設(shè)備等?？煽康拈_關(guān)繼電器是這些自動化工業(yè)過程中至關(guān)重要的設(shè)備。這類繼電器必須能夠快速切換，在極具挑戰(zhàn)性的條件下持續(xù)運行，同時最大限度地減小觸頭磨損，且不會產(chǎn)生影響無線傳感器和控制裝置的電磁干擾 (EMI)。

固態(tài)繼電器 (SSR) 采用創(chuàng)新技術(shù)，提高了可靠性和耐用性，可確保即使在惡劣環(huán)境中也能保持穩(wěn)定的性能，從而滿足工廠自動化的開關(guān)要求。

本文簡要討論工廠自動化的開關(guān)要求。然后，以 [Littelfuse] SSR 產(chǎn)品為例展開介紹，并說明如何使用該設(shè)備來滿足這些要求。

定義并滿足工廠自動化的開關(guān)要求

工廠自動化對開關(guān)的要求包括：以低成本實現(xiàn)可靠性、無觸點顫動或電弧的快速動作時間、將影響附近電路或工廠中越來越多無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)的電磁干擾將至最小，以及能夠很好的抵御機械沖擊和振動。

SSR 采用半導(dǎo)體器件執(zhí)行開關(guān)操作，以滿足這些要求。這種繼電器可采用交流或直流電壓驅(qū)動，每種激勵類型都有不同的型號（圖 1）。

圖 1：這些固態(tài)繼電器的功能框圖顯示了直流（上）和交流（下）致動式型號的關(guān)鍵組件。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

直流驅(qū)動固態(tài)繼電器（上）可調(diào)節(jié)外加電壓。交流致動固態(tài)繼電器（下）采用全橋整流器將激勵信號轉(zhuǎn)換為直流電。這兩種固態(tài)繼電器都通過光學(xué)方式將致動信號與輸出隔離。這些 SSR 的有源元件是一對硅控整流器 (SCR)。這些 SSR 包括過壓保護功能，其形式是在可控硅柵極之間連接一個瞬態(tài)電壓抑制 (TVS) 二極管，以保護 SSR 并防止在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)瞬態(tài)電時發(fā)生意外狀態(tài)變化。

開關(guān)響應(yīng)則利用半導(dǎo)體器件的快速開關(guān)時間，并通過觸發(fā)電路控制。開關(guān)動作可以在施加執(zhí)行信號后輸出電壓的過零點處進行，也可以與致動信號一起隨機（瞬時）進行（圖 2）。

圖 2：根據(jù) SSR 的預(yù)期應(yīng)用選擇開關(guān)特性。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

零交叉導(dǎo)通適用于如工業(yè)加熱器等大電流應(yīng)用，可最大限度地減小浪涌電流。瞬時接通用于必須在高頻下實現(xiàn)開關(guān)動作的情況。瞬時開關(guān)可產(chǎn)生盡可能高的開關(guān)頻率。

SSR 示例

為了滿足工業(yè)和商業(yè)機械應(yīng)用對更可靠、更持久的功率開關(guān)繼電器的需求，Littelfuse Inc. 設(shè)計出了 [SRP1] 系列高耐久型固態(tài)繼電器。該系列繼電器分為兩個型號：[SRP1-CB] 高耐久型裸 SSR 和 [SRP1-CR] 高耐用型一體式 SSR（帶觸碰安全和過壓保護功能）（圖 3，左和中）。

圖 3：所示為 SRP1-CB 裸 SSR（左）、SRP1-CR 觸摸安全 SSR（中）和 SRP1-CB...F 的備選快速連接端子（右）。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

Littelfuse 設(shè)計的專有半導(dǎo)體器件可最大限度地防止元器件因發(fā)熱而導(dǎo)致的性能下降，并在惡劣條件下能達到最佳性能。兩個型號系列均提供交流或直流致動裝置，輸出電流額定值為 10 A、25 A 和 50 A，輸出電壓范圍為 24 VAC 至 240 VAC 或 48 VAC 至 600 V AC 。這兩種型號的不同之處在于，SRP1-CR 集成了保護和安裝功能，包括 IP20 手指安全蓋、TVS 二極管過壓保護和預(yù)裝導(dǎo)熱墊。SRP1-CB...F 版本（圖 3，右）還具有快速連接端子。

繼電器是與輸出負載串聯(lián)的單刀單擲 (SPST) 裝置（圖 4）。

圖 4：SRP1 SSR 與輸出負載串聯(lián)；由交流或直流致動信號驅(qū)動輸入（具體取決于型號）。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

SSR 需要散熱器才能在規(guī)定的額定值下工作。Littelfuse 的這兩種型號都采用了最新的直接粘合技術(shù)，以確保最高的可靠性和產(chǎn)品壽命。SRP1-CR 繼電器包括一個可有效散熱的內(nèi)置導(dǎo)熱墊，無需導(dǎo)熱膏，安裝簡便。熱衰減曲線圖（圖 5）顯示了環(huán)境溫度不同和熱阻不同的散熱器可支持的最大輸出電流。

圖 5：所示為 SRP1-CR 系列固態(tài)繼電器在不同環(huán)境溫度和散熱器條件下的降額曲線。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

熱阻單位為 ?C 每瓦特 (°C/W)。額定功率為 10°C/W 的散熱器每散熱 1 W，溫度就會比周圍空氣高 10°C。熱阻較低的散熱器比熱阻較高的散熱器效率更高，因此冷卻效果更好。

SRP1 SSR 經(jīng)認證符合各種健康、安全、環(huán)境、電磁兼容性和抗靜電標準，包括 UL、CAN/CSA、IEC、CISPR、RoHS 和 REACH。這種繼電器非常適合工業(yè)自動化中的加熱和運動控制應(yīng)用。在食品和飲料行業(yè)，這種繼電器也能很好地控制工業(yè)烘爐、包裝設(shè)備和輸送系統(tǒng)。供暖、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)以及大型照明系統(tǒng)的空氣處理器和壓縮機都在使用這種繼電器。所有這些應(yīng)用都需要卓越的性能和超高的可靠性，而 SRP1 系列提供了各種選擇，可滿足各種不同的電流、電壓、響應(yīng)時間和開關(guān)要求。

例如，[SRP1-CBAZL-050NW-N] 是額定電流為 50 A、輸出電壓為 24 VAC 至 240 VAC 的固態(tài)繼電器。該繼電器接受 90 VAC 至 280 VAC 輸入電壓，并在輸出電壓過零時動作。該器件的最大導(dǎo)通電阻為 6.3 mΩ，在最大電流下，繼電器兩端的電壓降僅為 0.3 V。額定最大壓降為 1.3 V。繼電器在不到 20 ms 的時間內(nèi)（包括過零等待時間）導(dǎo)通，并在不到 30 ms 的時間內(nèi)斷開。

[SRP1-CBDZL-010NF-N] 是一種直流致動型 SSR。該繼電器的額定輸出電流為 10 A，輸出電壓范圍為 24 VAC 至 240 V AC 。輸入電壓范圍為 4 VDC 至 32 V DC 。該繼電器同樣在輸出電壓過零點時動作，其最大導(dǎo)通電阻為 6.3 mΩ。該繼電器與標準 SRP1-CB 繼電器的不同之處在于，它采用了快速連接端子。其導(dǎo)通時間等于輸出波形周期的二分之一。

[SRP1-CRARH-025TC-N] 是 SRP1 系列的觸摸安全型號，額定輸出電流為 25 A。該型號是交流驅(qū)動型，輸入電壓為 90 VAC 至 280 V AC 。與其他型號不同的是，該型號具有瞬時開關(guān)響應(yīng)能力，并使用 48 VAC 至 600 VAC 的高輸出電壓范圍。該繼電器的導(dǎo)通時間小于 20 ms，斷開時間小于 30 ms。

通過具有直流輸入和瞬時開關(guān)響應(yīng)能力的繼電器可實現(xiàn)最快的響應(yīng)時間。例如 [SRP1-CRDRL-010TC-N] 繼電器。該 SSR 的額定輸出電流為 10 A，輸出電壓范圍為 24 VAC 至 240 V AC 。輸入電壓范圍為 4 VDC 至 32 V DC 。其導(dǎo)通時間為 20 μs，斷開時間不到輸出波形周期的二分之一，成為周期時間最快的繼電器之一。

結(jié)束語

為了滿足工廠自動化對開關(guān)性能、可靠性和國際標準的要求，設(shè)計人員可以信賴 SRP1 系列 SSR。該系列繼電器采用先進的半導(dǎo)體技術(shù)，在各種輸出電流和輸入控制選項中實現(xiàn)了長壽命、高開關(guān)速度和最小電磁干擾。

審核編輯 黃宇