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，先進的診斷技術和預見性維護越來越多地應用于許多行業的工廠自動化過程中，如食品飲料生產、自動化裝配和其他連續加工系統，以及暖通空調、水凈化和發電設備等。可靠的開關繼電器是這些自動化工業過程中至關重要的設備。這類繼電器必須能夠快速切換，在極具挑戰性的條件下持續運行，同時最大限度地減小觸頭磨損，且不會產生影響無線傳感器和控制裝置的電磁干擾 (EMI)。

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

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

定義并滿足工廠自動化的開關要求

工廠自動化對開關的要求包括：以低成本實現可靠性、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絡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 采用半導體器件執行開關操作，以滿足這些要求。這種繼電器可采用交流或直流電壓驅動，每種激勵類型都有不同的型號（圖 1）。

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

直流驅動固態繼電器（上）可調節外加電壓。交流致動固態繼電器（下）采用全橋整流器將激勵信號轉換為直流電。這兩種固態繼電器都通過光學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電壓抑制 (TVS) 二極管，以保護 SSR 并防止在網絡出現瞬態電時發生意外狀態變化。

開關響應則利用半導體器件的快速開關時間，并通過觸發電路控制。開關動作可以在施加執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 SSR 的預期應用選擇開關特性。（圖片來源：Littelfuse, Inc.）

零交叉導通適用于如工業加熱器等大電流應用，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開關動作的情況。瞬時開關可產生盡可能高的開關頻率。

SSR 示例

為了滿足工業和商業機械應用對更可靠、更持久的功率開關繼電器的需求，Littelfuse Inc. 設計出了 [SRP1] 系列高耐久型固態繼電器。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 設計的專有半導體器件可最大限度地防止元器件因發熱而導致的性能下降，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裝導熱墊。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的單刀單擲 (SPST) 裝置（圖 4）。

圖 4：SRP1 SSR 與輸出負載串聯；由交流或直流致動信號驅動輸入（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，以確保最高的可靠性和產品壽命。SRP1-CR 繼電器包括一個可有效散熱的內置導熱墊，無需導熱膏，安裝簡便。熱衰減曲線圖（圖 5）顯示了環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 系列固態繼電器在不同環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 經認證符合各種健康、安全、環境、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自動化中的加熱和運動控制應用。在食品和飲料行業，這種繼電器也能很好地控制工業烘爐、包裝設備和輸送系統。供暖、通風和空調系統以及大型照明系統的空氣處理器和壓縮機都在使用這種繼電器。所有這些應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、響應時間和開關要求。

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（包括過零等待時間）導通，并在不到 30 ms 的時間內斷開。

[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響應能力，并使用 48 VAC 至 600 VAC 的高輸出電壓范圍。該繼電器的導通時間小于 20 ms，斷開時間小于 30 ms。

通過具有直流輸入和瞬時開關響應能力的繼電器可實現最快的響應時間。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。

結束語

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

審核編輯 黃宇