【小贴士】降低混合式继电器的尖峰电压的控制电路设计-第2页-北极星售电网

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此外，固体继电器准许电机实现渐进式软件启动或启停。平顺的加速或减速将会降低机械系统磨损，避免电泵、风机、电动工具、空气压缩机等设备损伤。例如，运输管道中的水锤现象将会消失，货物传送带可避免V型皮带打滑和抖动。

混合式继电器在4-15 kW的电机应用中十分常见，不过也可用于最高250 kW的电机应用系统。

混合式继电器还用于电暖气等取暖产品，加热功率或室温/水温的设定通常由脉冲串控制器来完成。脉冲串或周期跳跃式控制原理的实质是使负载保持N个周期的通态和K个周期的断态，“N/K”比负责定义加热功率，类似于脉冲调制控制技术中的占空比。这里的控制频率小于25-30 Hz，但是，相对于取暖系统的时间常量，这个速度已经够用。

2. EMI噪声源

三端双向晶闸管的驱动方法虽然有多种，但是，行业法规要求在取暖应用中必须使用电隔离控制电路。如图1所示，两个双向晶闸管没有共用同一个参考电压，这就是设计师期待使用光耦或脉冲变压器设计控制电路的原因。两个电路的工作方式不同，所产生的电磁干扰噪声也不尽相同。

图2所示是一个光耦双向晶闸管驱动电路。当光耦双向晶闸管激活时(即当微控制器的I/O引脚置高电平时)，通过电阻R1施加双向晶闸管栅电流。电阻R2连接在双向晶闸管栅极G和接线端子A1之间，用于阻止每当施加瞬变电压时光耦双向晶闸管电容器产生的电流。每当电流过零时，该控制电路都会产生一个尖峰电压(如图2所示)，即使在光耦双向晶闸管内置电压过零电路，仍就会产生尖峰电压。

事实上，在一个光耦双向晶闸管驱动电路内，要想施加栅极电流，双向晶闸管A1和接线端子A2之间必须存在电压。双向晶闸管导通压降接近1V或1.5V，然而低于光耦双向晶闸管和G-A1结的电压降之和(两个电路的电压降都高于1V)，所以还不足以驱动电流经过栅极。每当负载电流为零时，因为没有电流施加到栅级，所以双向晶闸管关断。

在双向晶闸管关断后，线路电压回加到接线端子上，使电压VTPeak升高，升幅足以使在栅极施加的电流达到双向晶闸管的额定栅极电流IGT。在图2所示的T2550-12G双向晶闸管(25 A，1200 V，50 mA IGT)测试中，该电压的最大值电压为7.5 V (在变成负电压过程中)。假设光耦双向晶闸管和G-A1结的典型电压降分别为1.1 V和0.8 V，电阻R1为200 Ohm，这个电压值将会产生28 mA的栅电流，这正是我们所用样片在第3象限导通所需的IGT 电流(负VT电压和负栅电流)。

如果样片的IGT 值接近最大额定值(50 mA)，VTPeak 电压值可能会更高，因为IGT随着结温降低而升高，所以，如果结温降低，VTPeak 电压值也可能会提高。

因为VTPeak电压的出现频率是线路频率的2倍(如果交流电频率50 Hz，VTPeak电压出现频率是100 Hz)，使得继电器的EMI噪声辐射超出EN 55014-1家电和电动工具电磁干扰辐射标准规定的上限。需要说明的是，这一噪声只有当双向晶闸管导通时才会出现。只要继电器将光耦电路旁通，该噪声也就自动消失。这种断续骚扰是否适用EN 55014-1标准规定，取决于断续骚扰的重复率(或喀呖声)，即混合式继电器工作频率和骚扰时长。

为避免这些尖峰电压，在脉冲变压器和光耦双向晶闸管中，应优选脉冲变压器。增加一个整流器全桥和一个电容器，以修平变压器二次侧整流电压，这种方法可让直流驱动双向晶闸管栅极。因此，电流每次过零时都不会再有尖峰电压发生。但是，在导通过程中，从机电式继电器切换到双向晶闸管时，仍然有骚扰噪声出现，不过，这种切换好在只发生在在混合继电器关断过程中。图3所示是切换期间发生的尖峰电压。这个尖峰电压恰好发生在双向晶闸管导通时，也就是整个负载电流从继电器突然转移到双向晶闸管期间。

图3.b所示是流经双向晶闸管的电流的放大图。电流上升速率dIT/t接近8 A/µs。如果双向晶闸管被触发但没有导通(整个电流仍然流经机电继电器)，当电流开始流动时，硅衬底的电阻率很高，这会产生很高的峰值电压，在使用T2550-12G进行的试验中，这个峰值电压为11.6 V，如图3所示。

在双向晶闸管导通后，晶闸管硅结构的顶部和底部P-N结将向衬底注入少数载流子，在注入过程中，衬底电阻率降低，通态电压降至大约1-1.5 V。

这个现象与PIN二极管上出现峰值电压降和导通时出现高电流上升速率是同一现象，这也是PIN二极管数据手册提供VFP 峰压的原因。该参数大小取决于所施加的电压上升速率dI/dt，如果频率很高，则峰压值将影响应用能效。对于混合式继电器应用，该VFP 电压只在混合继电器关断时才会出现，当评测功率损耗时无需考虑这个参数。

原标题：在电机启动器和取暖系统中实现具有机械电子双重优点的继电器

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