为了避免代价高昂的停机，先进的诊断和预测性维护越来越多地应用于食品和饮料生产、自动装配和其他连续加工系统以及暖通空调、水净化和发电机械等行业的工厂自动化中。可靠的开关继电器对于这些自动化工业流程至关重要。它们必须能够快速切换，在具有挑战性的条件下连续运行，并将触点磨损降至最低，并且不会造成可能影响无线传感器和控制器的电磁干扰 (EMI)。
固态继电器 (SSR) 采用创新技术满足工厂自动化的切换需求，该技术可提高可靠性和耐用性，确保即使在恶劣环境下也能保持一致的性能。
本文简要讨论了工厂自动化的开关要求。然后介绍了Littelfuse的 SSR 示例，并展示了如何使用它们来满足这些要求。
定义并满足工厂自动化切换要求
工厂自动化的开关需求包括低成本的可靠性、快速的启动时间且无触点反弹或电弧、最小的 EMI（不会影响附近的电路或工厂中越来越多使用的无线传感器和网络），以及对机械冲击和振动的高耐受性。
SSR 采用半导体器件来执行开关操作，以满足这些要求。它们可以由交流或直流电压驱动，每种激励类型都有不同的模型（图 1）。
图 1：这些 SSR 功能框图显示了直流（顶部）和交流（底部）驱动模型的关键组件。（图片来源：Littelfuse Inc.）
直流驱动 SSR（顶部）调节施加的电压。交流驱动 SSR（底部）利用全波桥式整流器将激励信号转换为直流。两种类型的 SSR 都以光学方式将驱动信号与输出隔离。这些 SSR 的有源元件是一对可控硅整流器 (SCR)。这些 SSR 包括过压保护，形式是连接在 SCR 栅极之间的瞬态电压抑制 (TVS) 二极管，以保护 SSR 并防止网络出现电气瞬变时发生意外状态变化。
开关响应利用了半导体器件的快速开关时间，并由触发电路控制。开关可以在施加驱动信号后输出电压过零时进行，也可以在施加驱动信号时随机（瞬时）进行（图 2）。
图 2：选择的开关特性与 SSR 的预期应用相匹配。（图片来源：Littelfuse Inc.）
零交叉开启用于大电流应用，例如工业加热器，可最大程度地减少浪涌电流。瞬时开启用于必须以高频率进行开关的情况。瞬时开关可产生最高的开关频率。
SSR 示例
为了满足工业和商业机器应用中对更可靠、更持久的电源开关继电器的需求，Littelfuse Inc. 设计了SRP1系列高耐用性 SSR。它提供两种型号：SRP1-CB高耐用性裸机 SSR 和SRP1-CR高耐用性一体式 SSR，具有触摸安全和过压保护功能（图 3，左侧和中间）。
图 3：图中所示为 SRP1-CB 裸 SSR（左）、SRP1-CR 触摸安全 SSR（中）以及 SRP1-CB…F 的备用快速连接端子（右）。（图片来源：Littelfuse Inc.）
Littelfuse 设计了专有半导体，以最大限度地减少因热量导致的组件性能下降，并在恶劣条件下提供最佳性能。 两种型号系列均提供交流或直流驱动装置，输出电流额定值为 10 A、25 A 和 50 A，输出电压范围为 24 V AC至 240 V AC或 48 V AC至 600 V AC。 这两个型号的不同之处在于 SRP1-CR 包括集成保护和安装功能，包括 IP20 手指安全盖、TVS 二极管过压保护和预装导热垫。 SRP1-CB...F 版本（图 3，右）还具有快速连接端子。
继电器是单刀单掷 (SPST) 设备，与输出负载串联（图 4）。
图 4：SRP1 SSR 与输出负载串联；输入由交流或直流驱动信号驱动，具体取决于型号。（图片来源：Littelfuse Inc.）
SSR 需要散热器才能在规定额定值下运行。Littelfuse 的两种型号均采用最新的直接粘合技术，以确保最大可靠性和产品使用寿命。SRP1-CR 继电器包含内置导热垫，可实现高效散热，无需导热膏，安装干净简便。热降额图（图 5）显示了各种环境温度和各种热阻散热器可支持的最大输出电流。
图 5：图中显示了 SRP1-CR 系列 SSR 在不同环境温度和散热器下的降额曲线。（图片来源：Littelfuse Inc.）
热阻以每瓦特 ˚C (°C/W) 为单位。额定热阻为 10°C/W 的散热器每散发 1W 的热量，其温度将比周围空气高 10°C。热阻较低的散热器比热阻较高的散热器效率更高，因此冷却效果更好。
SRP1 SSR 经过认证，符合各种健康、安全、环境、电磁兼容性和静电抗扰度标准，包括 UL、CAN/CSA、IEC、CISPR、RoHS 和 REACH。它们非常适合工业自动化中的加热和运动控制应用。它们还适用于食品和饮料行业，控制工业烤箱、包装设备和传送系统。供暖、通风和空调系统将这些继电器用于空气处理器和压缩机，大型照明系统也是如此。所有这些应用都需要卓越的性能和超高的可靠性，而 SRP1 系列有多种选择，可满足各种电流、电压、响应时间和开关要求。
例如，SRP1-CBAZL-050NW-N是一款额定电流为 50 A 的 SSR，输出为 24 V AC至 240 V AC 。它接受 90 V AC至 280 V AC的输入电压，并在输出电压过零时切换。它提供 6.3 毫欧 (mW) 的最大导通电阻，这会导致最大电流下继电器两端的电压降仅为 0.3 V。额定最大电压降为 1.3 V。继电器在不到 20 毫秒 (ms) 的时间内打开，包括等待过零的时间，并在不到 30 毫秒的时间内关闭。
SRP1 -CBDZL-010NF-N是直流驱动 SSR 的一个例子。它的输出电流额定值为 10 A，输出电压范围为 24 V AC至 240 V AC。输入电压范围为 4 V DC至 32 V DC。它还会在输出电压过零时切换，最大导通电阻相同，为 6.3 mW。它与标准 SRP1-CB 继电器的不同之处在于它具有快速连接端子。其开启时间等于输出波形周期的一半。
SRP1 -CRARH-025TC-N是 SRP1 系列的触摸安全版本，额定输出电流为 25 A。此型号采用交流驱动，输入电压为 90 V AC至 280 V AC 。它与其他型号的不同之处在于它具有瞬时开关响应，并使用 48 V AC至 600 V AC的高输出电压范围。继电器开启时间小于 20 毫秒 (ms)，关闭时间小于 30 ms。
使用具有直流输入和瞬时开关响应的继电器可实现最快的响应时间。例如SRP1-CRDRL-010TC-N。此 SSR 的输出电流额定值为 10 A，输出电压范围为 24 V AC至 240 V AC。输入电压范围为 4 V DC至 32 V DC。其开启时间为 20 微秒 (µs)，关闭时间小于输出波形周期的一半，使其成为周期时间最快的继电器之一。
结论
为了满足工厂自动化的开关性能、可靠性和国际标准要求，设计人员可以依赖 SRP1 系列 SSR。该系列采用先进的半导体技术，可在各种输出电流和输入控制选项中实现长寿命、高开关速度和最小 EMI。
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