什么是单刀双掷(一开一闭)固态继电器(SPDT SSR)

什么是SPDT固态继电器

固态继电器中的所有开关组件(MOSFET,SCR, TRIAC,IGBT等)仅充当SPST开关,并且固态继电器中没有单个组件具有SPDT功能。此外,在普通的固态继电器中,光电耦合器(具有光电隔离功能)被用作信号传输组件,因此SSR开关的输入控制电路与其输出电路电绝缘。因此,如果需要SPDT固态继电器,我们只能使用特殊电路来修改SPST SSR开关。而且由于电子开关组件,SPDT固态继电器比SPDT机械继电器效率更高,功耗更低。

SPDT SSR开关结构的基本知识与SPDT开关结构略有不同:

“极”-“投掷(投掷A和投掷B)”:

“通用推挽输出(GPout)① ”-“ 二极管和光电二极管 “;

“ 光电二极管阵列 ② ” –“ N沟道 增强模式MOSFET和N沟道耗尽模式MOSFET ” 断开

如果极断开一掷,该掷的状态称为断开状态或断开。

闭合:如果杆连接到一个掷杆,则该掷杆的状态称为闭合状态或闭合。

如果默认情况下将掷电路断开与极的连接(当极未通电或未充电或极上的电压水平为零时),该掷电路将称为常开电路(NO电路,N / O电路) ,固态继电器开关将称为常开SSR开关(NO SSR开关,N / O SSR开关)。

NC(常闭):如果默认情况下将掷电路连接到电极(当电极未通电或未充电或电极上的电压水平为零时),该掷电路将称为常闭电路(NC电路) ,N / C电路)和固态继电器开关称为常闭SSR开关(NC SSR开关,N / C SSR开关)。

①推挽输出:推挽输出通常用于由两个互补信号控制的两个三极管(即,如果一个晶体管导通,则另一个晶体管必须截止)。推挽输出可以输出高电压电平和低电压电平,两者均具有驱动开关组件的能力。

②光电二极管阵列:光电二极管堆栈用于驱动一对MOSFET或IGBT。

2.1 SPDT SSR交换机如何工作

根据“极掷”,SPDT固态继电器可分为两种类型:推挽型和光电二极管阵列型。

1)推挽式SPDT固态继电器

推挽式SPDT SSR继电器的通用电路图如下所示(如图7所示)。推挽式SPDT SSR开关由两个LED(D1D2)和两个Photo-TRIAC(TRIAC1TRIAC2)组成。D1和TRIAC1形成CIRCUIT1,D2和TRIAC2形成CIRCUIT2。在SPDT SSR的输入控制端子中产生推挽信号(GPout),并且LOAD1LOAD2连接到SPDT SSR继电器的两个输出端子。

根据GPout信号,SPDT固态继电器将处于三种状态:

1.当输入端子中产生低电压电平时,D2将关闭,D1将打开,并且TRIAC1将导通,然后CIRCUIT1将关闭,最后LOAD1将打开。

2.当输入端子中产生高电压电平时,D1将关闭,D2将打开,并且TRIAC2将导通,然后CIRCUIT2将关闭,最后LOAD2将打开。

3.如果输入端子上没有信号,则D1和D2将关闭,并且CIRCUIT1和CIRCUIT2将不会打开。

注意:由于GPout输出和LED的工作电压需要满足某些限制和要求,因此推挽型SPDT固态继电器的应用范围不是很大。

2)光电二极管阵列型SPDT固态继电器

以下显示了光电二极管阵列SPDT SSR继电器的通用电路图(如图8所示),该继电器可以在直流电源和交流电源中工作。光电二极管阵列型SPDT SSR开关由一个光电二极管阵列(的D1),和四个N的MOSFET(MOS1MOS2是增强型N的MOSFET ③ ; MOS3MOS4是耗尽型N MOSFET的④)。MOS1和MOS2形成CIRCUIT1,MOS3和MOS4形成CIRCUIT2。有5个输出端子Port1Port2Port3Port4Port5,并且Port1是公共终端。LOAD1LOAD2连接到SPDT开关。

③当Vgs > Vgs(th)⑤时,增强型N沟道MOSFET 导通,否则不导通。

④耗尽型N沟道MOSFET将在零输入时导通,而当其Vgs为负时关断。

⑤Vgs是从栅极到源极的电压; Vgs(th)是从栅极到源极的阈值电压。

1.直流电源

当光电二极管阵列SPDT SSR继电器在直流电源中工作时,应将LOAD1连接到PORT2,并且将LOAD2连接到PORT4,因此MOS2和MOS4将不起作用。

禁用光电二极管阵列时,MOS1的栅极电压低于其阈值电压,并且不会导通,因此LOAD1被关闭;MOS3的栅极电压为零输入并将导通,因此LOAD2将被导通(如图9所示)。

当启用光电二极管阵列时,MOS1的栅极电压高于其阈值电压并被导通,因此LOAD1将被导通。MOS3的栅极电压为负且不会导通,因此LOAD2将被关断(如图10所示)。

2.交流电源

当光电二极管阵列SPDT SSR继电器在交流电源中工作时,应将LOAD1连接到PORT3,并且将LOAD2连接到PORT5。

禁用光电二极管阵列时,MOS1和MOS2的栅极电压低于其阈值电压,并且不会导通,因此LOAD1将关闭;MOS3和MOS4的栅极电压为零输入并将导通,因此LOAD2将被接通(如图11所示)。

当启用光电二极管阵列时,MOS1和MOS2的栅极电压高于其阈值电压并被导通,因此LOAD1将被导通。MOS3和MOS4的栅极电压为负且不会导通,因此LOAD2将被关断(如图12所示)。

注意:由于N沟道增强MOSFET和N沟道耗尽MOSFET的特性,这种固态继电器广泛用于控制DC负载电路和AC负载电路。

2.2 SPDT SSR交换机有哪些应用

太阳能充电器

SPDT固态继电器通常用于太阳能充电器系统(例如便携式太阳能充电器)中,以控制太阳能电池充电设备。太阳能电池的工作状态(充电状态和功率状态)需要频繁切换,因此SPDT机械继电器不能满足此要求,但SPDT SSR可以。

软起动器系统

当电子/电气系统(及其子系统)正常工作时,其软启动状态和停止状态的开关频率很高。因此,需要配备SPDT先断后合开关,以防止开关时过电压。

遥控设备/无线电发射器

如果遥控设备要控制多个对象,则需要更改发送的信号。如果通信塔想要切换接收者,则需要更改传输信号。这种设备要求严格的工作频率和工作精度,并且SPDT固态继电器在大多数情况下都可以满足这些要求。

卫星加热器

在太空环境中,对每个设备都有很高的要求(重量,抗干扰能力,适应性等)。SPDT固态继电器(具有重量轻,性能高,使用寿命长,功耗低,EMR低等诸多优点)可以满足这些要求,并且比SPDT机电继电器要好得多(结构简单,但重量大,抗干扰能力差,并且由于超重而无法适应复杂的情况。

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