多功能無源固態(tài)繼電器在自動控制中的應用

　　固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷電子開關，利用電子元器件實現控制回路與負載回路之間的電隔離及信號耦合，沒有任何可動部件及觸點，實現了具有電磁繼電器一樣的功能。然而一般固態(tài)繼電器其控制輸入必須要注入功率，只起功率放大作用，不能直接外接無源敏感元件，也不能把來自傳感器的微弱信號通過它直接和大功率負載連接起來。
　　多功能無源固態(tài)繼電器是在一般固態(tài)繼電器的基礎上研制成功的一種新型固態(tài)繼電器，其輸入端可以不加電源，且能接受多種電參量的控制，在控制領域具有廣泛的用途。
1 特征
　　多功能無源固態(tài)繼電器分為四大類，它們各自具有獨特的技術特征。
1）JGW型無源固態(tài)繼電器
　　JGW 型無源固態(tài)繼電器不須外加電源，只要外接無源器件，如可變電阻器、可變電容器、可變電感器及阻抗迅速變化的敏感元件或敏感元件的弱電觸點，就可實現零功率驅動。JGW 型無源固態(tài)繼電器和光敏、熱敏、濕敏、壓敏、磁敏等無源敏感元件相連，即可構成相應的自動控制系統，具有超小型，高靈敏度，高可靠，使用簡單等特點。
2）KGW型無源固態(tài)繼電器
　　KGW型無源固態(tài)繼電器是把3個JGW 型集中在一起，共用一個零功率驅動源，不僅能代替三相電磁接觸器，還能和各種無源敏感元件構成三相多敏自動控制器。
3）JGG型高靈敏固態(tài)繼電器
　　JGG型高靈敏固態(tài)繼電器是一種正功率驅動器件，具有極高的靈敏度，驅動端僅須2W 的輸入功率就能驅動，可以被CMOS電路以及由紐扣電池供電的各種微處理器邏輯電平所驅動，也能和電橋電路的輸出直接接口。
4）KGS型雙向傳輸固態(tài)繼電器
　　KGS型雙向傳輸固態(tài)繼電器是一種負功率驅動器件，驅動端能外向接的微功耗電路供電（3V／250A），微功耗電路輸出狀態(tài)的變化，反過來控制輸出端開關的切換，實現了雙向傳輸操作。由于它的驅動端不僅不需要外加電源，反而能向外接電路供電，所以稱為負功率驅動器件。它也可以無源驅動，但驅動的門限電阻值較高。
2 技術指標
　　多功能無源固態(tài)繼電器系列產品除工作電壓和工作電流指標分類不同之外，其他指標是相同的。
　　1）輸出端額定工作電壓：36V．AC／220V．AC／380V．AC：
　　2）輸出端額定工作電流：1、3、5、10、20、30A系列；
　　3）通態(tài)壓降：≤3．3V；
　　4）低阻抗無源驅動門限值：0．5～8kΩ；高阻抗無源驅動門限值：20-150kΩ；
　　5）正功率驅動電壓：1-100V；正功率驅動電流：2-500μA ；
　　6）負功率驅動端開路輸出電壓：3V-0．5V；負功率驅動端電流門限值：20-200μA；
　　7）驅動端與輸出端電隔離：絕緣電阻>500MΩ；介質電壓為2000V；
　　8）接通時間≤10ms；斷開時間：≤10ms；
　　9）操作壽命≥10000000次。
3 工作原理
1）硬件組成
　　多功能無源固態(tài)繼電器以JGW型無源固態(tài)繼電器為基礎，JGW 型無源固態(tài)繼電器內部電路框圖見圖1。

　　其中無觸點開關由單向或雙向可控硅組成（內含浪涌吸收電路），它接受觸發(fā)電路來的交流電網同步觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖由間歇振蕩器產生，同步調制電源向間歇振蕩器供給穩(wěn)定的電壓，間歇振蕩器的每個脈沖寬度受控制繞組的控制。當外接在控制繞組的無源敏感元件的阻抗值變小時，流過控制繞組的退磁電流增大，脈沖寬度變窄，從而不能觸發(fā)無觸點開關，使輸出端斷開，反之，輸出端接通。實現了外接在輸入的無源元件阻抗值的變化有隔離地去自動啟停接在交流電網上的大電流高電壓負載的控制功能。
2）輸入輸出特性
　　JGW型無源固態(tài)繼電器通過輸入端的無源元件阻抗值的變化有效實現了接在交流網上負載啟?？刂啤Ｆ漭斎霝闊o源元件阻抗值，低阻抗無源驅動門限值0．5-8kΩ；高阻抗無源驅動門限值20-150kΩ，輸出為無觸點開關，輸出端額定工作電壓等級36V.AC/220V.AC/380V.AC
4 應用
4．1 適用范圍
　　1）代替簡易的自動控制裝置，用于水位控制、溫度控制、照度控制、壓力控制、防盜報警等，價格比為1：10。
　　2）作CMOS電路接口，電橋電路接口，用于計算機終端，數據處理設備，數控裝置，測量儀表，微電機控制等。
　　3）用于需要特別安全的場合，可用作防爆按鈕、防爆開關、防爆接線盒、防爆控制箱等。驅動操作端無電流、無火花，輸出開關端無觸點、無噪聲、無火花。
　　4）用于潮濕、有腐蝕、強烈振動的場合，如化工工程、井下操作等。
　　5）和廉價的專用微功耗電路連接，組成超小型的廉價專用控制器。如用一塊閃爍片和一只雙向傳輸的固態(tài)繼電器組成夜間自動閃爍電路。
4．2 基本應用電路
　　無源固態(tài)繼電器基本應用電路見圖2。

4．3 典型應用舉例
　　1）應用KGW 型實現三電極、雙水位水塔水位控制；
　　2）應用JGW 型實現電熱后干燥箱加熱／恒溫、自動／手動、無級調壓溫度控制；
　　3）應用JGW 型一體化的溫控器和水銀電觸點實現孵房溫度控制；
　　4）應用KGS型和閃爍片實現夜間閃爍發(fā)光控制；
　　5）應用JGW 型和光敏電阻實現路燈控制；
　　6）應用JGW 型和無源通斷點實現防盜報警、礦井安全監(jiān)控系統的遠程斷電控制。
4．4 應用中注意的問題及解決措施
　　多功能無源固態(tài)繼電器系列的輸出端是由單向或雙向可控硅組成，凡是可控硅應用中要注意的事項，在應用多功能無源固態(tài)繼電器時都應注意。固態(tài)繼電器內部并未采取嚴格的保護措施。
　　1）散熱問題。過熱會引起失控或產品損壞，應合理選用散熱器尺寸或降低電流使用。10A以下可采用儀器底板或設備機體散熱，30A以下采用自然冷卻，連續(xù)負載電流30A以上需采用儀表風扇強制風冷。
　　2）浪涌吸收。多功能無源固態(tài)繼電器內部裝有RC吸收電路，一般為吸收浪涌電壓和提高dv／dt。為減小截止漏電流，內部電容取得較小。應用時，應在輸出端外加一個與負載匹配的RC吸收電路，有利于保護可控硅。對于感性或容性負載，建議在輸出端并聯一只壓敏電阻，以抑制各種過電壓。一般220V的器件選用430V的壓敏電阻，380V的器件選用750V的壓敏電阻，負載容量大的要選用面積大的壓敏電阻。
　　3）控制門限值的整定JGW型的門限阻抗R0是固定的，而無源敏感元件的Rx變化有一定的范圍，可在驅動端串聯或并聯電阻予以整定調節(jié)。
　　4）器件的正確使用負載分為）電阻性負載、冷阻性負載、電感性負載，不同類型的負載選型時電壓值和電流值是不同的。器件的擊穿電壓規(guī)定為：36V檔為100V，220V檔為600V，380V檔為800V。器件電流額定值規(guī)定為元件額定值的2／3。電阻性負載可直接按負載的電壓和電流值選用：冷阻性負載開通浪涌電流可能是工作電流的5-7倍或更大，電壓值可按負載電壓選，電流值要不低于浪涌電流值（需要測定浪涌電流值）；對于感性負載，瞬態(tài)電壓和電流值都很大，選用時，電壓可按高一檔次選用，電流值要放寬2—3倍。
5 結語
　　多功能無源固態(tài)繼電器設計巧妙，具有使用方便、可靠、壽命長、體積小、耐震動、無噪聲等優(yōu)點，輸入端可以不加電源，且能接受多種電參量的控制，生產成本低， 比一般的固態(tài)繼電器具有更高的性能價格比，在自動控制領域應用十分廣泛。