HUIMULTD E-blog (jp): ソリッドステートリレーの動作原理とは (2)

ソリッドステートリレーの動作原理とは (2)

2.各コンポーネントの機能：

下の図は、ゼロクロストリガータイプAC-SSRの内部回路図です（図6.3）

R1は、入力信号電流を制限し、フォトカプラが損傷しないようにする電流制限抵抗です。LEDは、入力制御信号の入力状態を表示するために使用されます。ダイオード VD1は、ときに損傷からフォトカプラを防止するために使用され、正と負極入力信号が反転されています。フォトカプラOPTは、入力回路と出力回路を電気的に分離します。三極管M1はインバータとして機能し、サイリスタSCRとゼロ交差検出回路を構成します。同時に、SCRサイリスタの動作状態は、交流電圧ゼロ検出トランジスタM1によって決定されます。VD2〜VD4は、全波整流器ブリッジ（または全波ダイオードブリッジ）URを形成します。トライアックBCRをオンにするための双方向トリガーパルスは、SCRおよびURから取得できます。R6は、BCRを保護するために使用されるシャント抵抗です。R7とC1はサージ吸収ネットワークを構成し、電源本線のスパイク電圧またはサージ電流を吸収して、スイッチング回路への衝撃または干渉を防ぎます。RT過熱保護装置として機能するサーミスタで、過熱によるソリッドステートリレーの損傷を防ぎます。VDRは、出力回路が過電圧の場合に電圧をクランプし、過剰電流を吸収してソリッドステートリレーを保護する電圧制限デバイスとして機能するバリスタです。

3.作業プロセス：

ACゼロクロスソリッドステートリレーには、電圧がゼロを超えるとオンになり、負荷電流がゼロを超えるとオフになるという特性があります。

フォトカプラOPTがオフになると（つまり、OPTの制御端子に入力信号がない）、M1は飽和し、R2からベース電流を取得することによりオンになり、その結果、ゲートトリガー電圧（UGT）サイリスタSCRは低電位にクランプされ、オフになります。その結果、ゲート制御端子R6にはトリガーパルスがないため、トライアックBCRはオフ状態になります。
入力制御信号が半導体リレーの入力端子に印加されると、フォトトランジスタOPTがオンになります（つまり、OPTの制御端子には入力信号があります）。主電源の電圧がR2とR3で分圧された後、ポイントAの電圧がM1のゼロ交差電圧よりも大きい場合（つまり、VA> VBE1）、M1は飽和伝導状態になります。、およびSCRサイリスタとBCRサイリスタの両方がオフ状態になります。ポイントAの電圧がM1のゼロ交差電圧よりも低い場合（つまり、VA <VBE1）、M1はカットオフ状態になり、SCRがトリガーされて導通し、その後「R5 →UR→SCR→UR→R6 "方向（または反対方向）がBCRの制御極で取得され、BCRがアクティブになり、最後に負荷がACメインに接続されます。
上記のプロセスにより、M1は、負荷電圧がゼロを超えるとソリッドステートリレーをオンにし、負荷電流がゼロを超えるとソリッドステートリレーをオフにするAC電圧検出器として使用されていることがわかります。また、ゼロ交差検出器の機能により、負荷に対する負荷回路の影響はそれに応じて低減され、制御ループで発生する無線周波数干渉も大幅に低減されます。

4.ゼロクロッシングの定義：

ここで、ゼロクロッシングとは何かを説明する必要があります。交流では、ゼロ交差は電圧が存在しない瞬間のポイント、つまり、AC波形の正の半サイクルと負の半サイクルの間の接合点です。交流の各サイクルでは、通常2つのゼロ交差があります。また、ゼロ交差の瞬間に電源が切り替わっても、電気的な干渉は発生しません。入力端子が制御信号に接続され、出力AC電圧がゼロを超えると、ACソリッドステートリレー（ゼロ交差制御回路を装備）がオン状態になります。逆に、制御信号がオフになると、SSRは次のゼロ交差までオフ状態になります。
さらに、ソリッドステートリレーのゼロ交差は、実際には電源電圧波形のゼロボルトを意味するものではないことを指摘しておく必要があります。図6.5は、AC電圧正弦波のセクションです。ACスイッチングコンポーネントの特性に従って、図のAC電圧は、SSRの出力回路の3つの状態に対応する3つの領域に分割されます。また、U1とU2はそれぞれ、スイッチングコンポーネントのしきい値電圧と飽和電圧を表します。

1）リージョンⅠはデッドリージョン（カットオフリージョン、カットアウトリージョン、またはターンオフリージョン）であり、電圧範囲の絶対値は0〜U1です。また、このゾーンでは、入力信号が追加されても、SSRスイッチをオンにすることはできません。

2）領域Ⅱは、U1〜U2の電圧範囲の絶対値を持つ応答領域（アクティブ領域、カットオン領域、カットイン領域、またはターンオン領域）です。このゾーンでは、入力信号が追加されるとすぐにSSRがすぐにオンになり、電源電圧が増加すると出力電圧が増加します。

3）領域Ⅲは、電圧範囲の絶対値がU2より大きい抑制領域（飽和領域）です。この領域では、スイッチング素子（サイリスタ）は飽和状態です。そして、ソリッドステートリレーの出力電圧は、電源電圧の増加に伴い増加しなくなりますが、電流は電圧の増加に伴って増加します。これは、ソリッドステートの出力回路の内部短絡状態とみなすことができますリレー、つまり、ソリッドステートリレーは電子スイッチとしてスイッチオン状態です。

図6.6は、ゼロクロスソリッドステートリレーのI / O波形を示しています。また、サイリスタの性質により、出力端子の電圧がしきい値電圧（またはトリガー回路のトリガー電圧）に達すると、ソリッドステートリレーがオン状態になります。その後、ソリッドステートリレーは飽和電圧に達した後、実際のオン状態になり、同時に非常に低いオン状態電圧降下を生成します。入力信号がオフの場合、負荷電流がサイリスタの保持電流または次のAC転流点を下回ると、ソリッドステートリレーがオフになります（つまり、SSRリレーがオフになってから初めて負荷電流がゼロを通過したとき））。