一种小型高速直流固态继电器.pdf

第48卷算8期
电カ电子技术
2014年8月
ower Electronics
August 2014
一种小型高速直流固态继电器
陈霄逸,赵春雷2,金强2,陈谦
(1.河海大学,能源与电气学院,江苏南京21110
2.南京四方亿能电力自动化有限公司,江苏南京211106)
摘要:提出了一种新型的直流固态继电器(SSR)。利用三极管和高速光耦等器件,建立了双向反馈电路,使该继
电器具有很高的开关速度。此外,该继电器具有良好的滞回特性,动作值和返回值也具有较大的设定范围。通
过 Multisim仿真软件,对该电路进行了原理仿真。此外,针对实际样机测试了运行效果。实测结果和仿真结论表
明,该继电器具有较高的动作速度,以及良好的滞回特性。
关键词:固态继电器;双向反馈;滞回特性
中图分类号:TM58
文献标识码;A
文章编号:1000~100X(2014)08-0036-03
Research on Small Type High-speed DC Solid State Relay
CHEN Xiao-yi ZHAO Chun-lei, JIN Qiang, CHEN Qian
(1. Hohai University, Nanjing 211100, China
Abstract: A novel DC solid state relay(SSR is proposed. It establishes bidirectional feedback circuit with high sw-
itching speed by using transistors and high-speed optical couplers. Furthermore, it has good hysteretic characteristic
The acting value and returning value have very large setting range. It is demonstrated that the SSR has high acting
as excelle
Key words: solid state relay; bidirectional feedback; hysteretic characteristic
Foundation Project: Supported by Science and Technology Project of State Grid Corporation of China(No. 52110113091H)
领域应用广泛。但它也存在漏电流、功耗大、发热
SSR是一种无触点电子开关,它利用电子元件重等缺点?。
(如开关三极管、双向晶阐管等半导体器件)的开
在此研究了一种新型的直流SSR,主要由输
关特性,达到无触点、无火花地接通和断开电路的入回路、双向反馈回路和输出回路组成,动作值或
目的”。SSR为四端器件,其中两个端子为输入返回值参数可调,并可实现继电器的滞回特性。由
端,另外两端为输出端。为实现输入与输出之间的于双反回路形成了正反惯的加速机制,导通和
电气隔离,主要采用光电耦合和变压器耦合两种关断速度较快,能满足高效、商速要求。
方法,其中光耦方式应用较多。它较电磁继电器具2电路原理设计
有较高的工作可靠性,寿命长,能与逻辑电路兼2.1设计目标
容,抗干扰能力强,开关速度快,使用方便13-1。因
图1示出直流SSR电路原理图。
此SSR应用领域较广,可进一步扩展到传统电磁
继电器无法应用的领域,有逐步取代传统电磁继
电器的趋势。
VD率
SSR分为交流SR和直流SSR两种。后者具
R
有寿命长、无噪音、开断快、耐振动、与逻辑电路兼
OCI
容等优点,在数控装置、测试仪器、计算机终端等
图1直流SSR电路原理图
Fig. 1 DC SSR circuit schematic diagram
基金项目:国家电网公司科技项目(52110113091H)
主要设计目标是输入回路的电流到达启动值
定稿日期:2014-05-05
时光耦导通,输入电流发生跃升,电路实现过饱和
作者简介:陈實(1989-),女,四川成都人,项士研究生,导通;输入电流低于返回值时,急速降低,电路关
研究方向为电力系统分析与控制。
闭。应用中功率三极管和高速光电耦合器等组成
一种小型高速直流固态继电器
四端直流SSR,构造出利用两个光耦形成双向反正反馈,直至OC1完全导通。设流过0C2输入端的
馈回路,在导通和关断的瞬间形成正反馈机制。返电流为2,其m的变化过程为:n个→2↑→R2↓→
回值低于动作值,返回系数可调,体现继电特性。m↑。当电路完全导通时,此时Un就是。。忽略
2.2主要元器件的作用
0C2输出端的压降(小于0.1V),得出继电器导通
①稳压管VD1的作用是提高导通和关断电时输入电流的表达式为
压,使继电特性曲线度进行整体平移。调节VD2的
大小,可使继电特性在规定的范围内变化;②在电
(3)电路返回阶段当电路导通后返回时,正
压增加导通的阶段,电阻R1,R2的主要作用是形反馈的作用已完成,m远大于完全导通时的饱和
成输入电流。R1和R2是体现继电参数的重要变值。设光耦完全导通时需要的电流为l,电路正常
量,在电压返回关断的阶段,R2被短路,电路中的工作时能引起正反馈的临界输入电流为,当U
电流主要取决于R1的大小;③0C1和0C2构成逐渐减小到U。时,n>,电路仍继续完全导通
SSR的隔离电路。三极管V和OC2是该电路的核当n=l时,若电流继续减小时,此时一个反方向
心,构成OC1的反馈回路,可使R2短路。OC1和R3的正反馈会迅速建立,工作机制与上述的机制相
构成OC2的反馈回路。另外V1的设计还考虑了反,电路会迅速关断。此时就是Ua,综上分析
0C2的电流承受能力,为OC2分担一部分电流,对可得出结论:
电路进行保护;④电阻R3的主要作用是形成流过
U。ーU1ーUa)/(R1+R2)
3
0C2输出回路的电流。适当调节R3的大小,就可
l=(Ua-U1ーVaーU)/R1
以控制OC2输出回路的导通程度;⑤三极管V2的
化简后可得出继电器的动作值和返回值
主要作用是促使三极管3的导通,并为电路分担
Ua=(R1+R2)+1+V
部分电流,对整个电路起到保护作用。V的主
(4
Ua=R+UんtU+Ue
要作用是承担电路的大部分电流;⑥稳压管VD
其中和的值由实际电路测试可得出结
的主要作用是提高OC2的输入电压,继而使其输果。实际情况下取U。=1V,U=0.8V。综上分析,
入电流达到饱和值。
该设计继电器实现了动作值与返回值的分离,具
2.3继电器工作原理
有滞回特性且裕度可调,只要适当地调节R1和R2
为简化分析,现对电路中的各变量进行定的阻值,就可调节继电器的导通和关断电压。
义:设输入端的输入电流为ω,VD的稳压值为3电路仿真与参数测量
U1,三极管完全导通时集射极间的电压为U,光
耦完全导通时输入端的压降为。,电路的导通电3.1电路仿真
压为U。,电路的关断电压为Ua。其他参数均如原
按照设计方案在 Multisim中搭建电路原理
理图1所示。