摘要：比較電磁繼電器與固體繼電器的異同，對各自的相關參數(shù)和概念做了粗淺分析，探討固體繼電器接通電壓和關斷電壓等參數(shù)的質疑與爭議，對相關問題提出了看法和建議。 關鍵詞：固態(tài)繼電器，電磁繼電器：通態(tài)電壓；關斷電壓 1引言 　　【《固體繼電器總規(guī)范》GJBI515—92L】是我國第一部固體繼電器軍用標準，奠定了我國軍用固體繼電器研制、試驗、生產和使用所依據(jù)的基礎。正因為是第一部，瑕疵在所難免。因此，該標準在實施過程中曾有過一些質疑，如“接通電壓”和“關斷電壓”。其升級版GJB1515A一20ol嘲對接通電壓和關斷電壓從根本上進行修改，使其參數(shù)更趨于科學合理。 　　但實際上對“接通電壓”和“關斷電壓”這兩個參數(shù)仍存在質疑，因為固體繼電器的這兩個參數(shù)類似于電磁繼電器的“動作電壓”和“釋放電壓”，這兩對是重要參數(shù)。也是最能體現(xiàn)這兩種類型繼電器相似之處。由于固體繼電器的發(fā)展歷史較短，許多人對其機理沒有深刻了解，不明白與電磁繼電器的本質區(qū)別，往往用電磁繼電器的觀念來對待，甚至將其完全視為電磁繼電器，從而造成了認識上的誤區(qū)和理解上的偏差。這里重點論述了固體繼電器的“接通電壓”和“關斷電壓”這組參數(shù)。 2 固體繼電器與電磁繼電器 　　電磁繼電器在電磁力作用下產生宏觀機械運動．利用物體間的離合實現(xiàn)電路通斷，而固體繼電器則運用半導體技術，在外部相關物理量的控制下，使半導體內部產生微觀的電子或空穴運動，實現(xiàn)外部電路的通斷。因此，這兩種繼電器的工作機理有著本質區(qū)別。下面從不同方面加以對比分析．分清兩者的主要異同點。 2．1GJB1515—92與GJB1515A一2001 　　GJB1515—92中接通電壓、關斷電壓的測試套用電磁繼電器國軍標中的動作電壓、釋放電壓的測試方法，即先額定激勵一次后，再用斜坡法測試：而GJB1515A一2001則是直接加規(guī)定值進行符合性判定（即階躍法），只考察其是否合格，而對實測值則直接用斜坡法測試。 　　GJB1515—92對接通電壓、關斷電壓的實測值和規(guī)定值進行明確定義，而在GJB1515A一2001中則將規(guī)定值明確定義為輸入接通、關斷電壓，將實測值及其測試方法定義為保證接通、關斷電壓?？梢奊JB1515A一2001從固體繼電器實際出發(fā)，對輸入接通、關斷電壓采用階躍測試法。摒棄了可能會損毀器件的斜坡測試法。 2．2特性曲線 　　以直流電磁繼電器（單穩(wěn)態(tài)、一組常開觸點）和直流固體繼電器（一組常開輸出）為例，測試電路采用同一組態(tài)。使用斜坡法分別測試這兩種繼電器的輸入一輸出波形圖及特性曲線．如圖1一圖4所示: 　　這里需要說明的是：“斜坡法”是業(yè)內針對圖1和圖3中輸入波形的形象叫法；為簡單起見，圖3、圖4中假定固體繼電器輸出電壓轉折區(qū)為線性．并將轉折斜線兩端的非線性過度區(qū)近似為兩個交點；若分別在圖1、圖3中過斜坡頂點作垂線，沿垂線將右邊圖形向左邊對折．其結果分別與圖2、圖4 　　對比圖1、圖3及圖2、圖4可以看出：（1）在圖1和圖2中，當輸入電壓增加或減小時，對應于輸出電壓發(fā)生躍變時，為實測動作或釋放電壓值，且后者小于前者。顯然，一個測試循環(huán)中有兩個明確的輸出躍變點。在圖3和圖4中，當輸入電壓增加時，輸出電壓不發(fā)生躍變．而是存在一個連續(xù)的轉折區(qū)，與第一、第二個轉折點對應的輸入電壓實測值分別為規(guī)范中所定義的保證關斷電壓和接通電壓：當輸入電壓減小時，輸電壓分別經第二、第一轉折點沿原路返回。 　　對于直流固體繼電器．當輸出電壓處于轉折區(qū)時．輸出器件與負載分壓，這將使輸出器件功耗大大增加并可能造成永久性損壞。為了正確判定這兩個轉折點，這兩個規(guī)范中均給出了相同判據(jù)。由于判據(jù)提出最小值和最大值要求，有些人則把對實測值的要求套用于規(guī)定值：將最小值、最大值分別作為輸入接通電壓、關斷電壓的上限和下限，結果導致各參數(shù)相互矛盾。 　?。?）在圖1和罔2中，當電磁繼電器一旦動作（或釋放），便保持在吸合（或釋放）狀態(tài)。當輸入電壓變化時，輸出并不是沿原路返回，而是另外取道返回至前一狀態(tài)，于是就形成了圖2中的矩形窗口，該窗口類似于磁滯回線和斯密特觸發(fā)器的滯回比較曲線，這就是“繼電特性”，存在由于繼電特性．使觸點具有瞬動性，即觸點能夠從一種狀態(tài)迅速轉換到另一種狀態(tài)。這正是電磁繼電器的實用價值。如果電磁繼電器不具有該特性．假設觸點的位移與線包電壓成線性，則在實際負載下，其緩動觸點將被損壞。 　　圖2中的矩形窗口對應于圖4則是一條折線，即固體繼電器不具有繼電特性，其輸出與輸入近似為線性關系，這就是這兩種繼電器的本質區(qū)別。不過．由于直流固體繼電器的輸器件具有放大作用，放大區(qū)所對應的輸人電壓范同實際上比較狹窄，若能保證輸入電壓的變化速率不低于某個極限值，輸出快速通過轉折區(qū)并不損壞輸出器件。如果遮蓋住2中的窗口區(qū)域和圖4中的轉折區(qū)域，剩余部分完全相同，若能保證圖4中的輸入電壓位于規(guī)定的接通、關斷電壓間的區(qū)域外，其開關特性便與電磁繼電器相同。于G．IBl515—92未明確定義接通、關斷電壓的實測值和規(guī)定值．此該組參數(shù)可能是某一范同或某一具體數(shù)值。應保證接通、關斷電壓是單個產品具體的實測值，圖4中為轉折的兩個轉折點所對應的。保證關斷、接通電壓分別是關斷區(qū)和接通區(qū)的誤差范圍的上、下限。該界限若泛指同一規(guī)格中的所有產品，則是一個不確定值；若是具體到某一產品則是該實測值。輸入接通、關斷電壓為規(guī)定值時圖4中雖然也是兩個點．但其限制接通、關斷電壓實測數(shù)值范嗣的上、下限．即就是保證接通、關斷電壓是每個產品的個體屬性，而輸入接通、關斷電壓是由制造者規(guī)定．該規(guī)格產品必須遵從的共同屬性 2．3測試方法 　　電磁繼電器的動作、釋放電壓一般參數(shù)采用斜坡測試法，若套用在直流固體繼電器上則有極大弊病，因為在額定負載下經轉折區(qū)，特別是緩慢通過甚至停留于轉折區(qū)的中間位置時，功率器件T作于放大區(qū)，其功耗達到最大，遠遠超出器件的功率極限，使結溫迅速超限而瞬間燒毀。即使不在中間位置．器件具有一定的自愈能力僥幸沒有損壞，但這種沒有任何保護措施、近乎破壞性的測試，是對器件性能的反復摧殘，其累積效應也將降低使用性能。 　　尤其是在開斷壽命試驗中．對輸入電壓開斷波形的前后沿提出較高要求，這是為了防止功率器件反復通過放大區(qū)的時間過長，累積熱效應使平均溫升過高導致器件損壞，但在測試中要求帶額定負載運用斜坡測試法，這種前后沿極其平坦的斜坡卻極易損壞器件電磁繼電器的實測動作、釋放電壓參數(shù)測試非常容易，即使觸點不帶負載，也能相對準確地測量吸放值．但固體繼電器無法實現(xiàn)。另外，該實測值對于研制中的樣品或半成品來說，在確定電路參數(shù)，改進提高_丁序檢驗等方面具有重要意義；而對于成品獲得實測值沒有多大價值。因為實際應用真正關心是：在規(guī)定的輸入條件下．固體繼電器能否在開關狀態(tài)下可靠_T作。因此，輸入接通、關斷電壓最具有實用價值。建議僅把輸入接通、關斷電壓視為常規(guī)測試參數(shù)．而將保證接通、關斷電壓作為仲裁測試．這恰好與電磁繼電器相反：常規(guī)測試采用斜坡法，不同時彩階躍法測試．實際上這與兩者的輸出特性恰好吻合．即常規(guī)測試中．斜坡法對應電磁繼電器的階躍特性，階躍法對應于固體繼電器的斜坡（轉折）特性，仲裁測試時將測試法對調即可當需要對保證接通、關斷電壓用斜坡法帶額定負載實測淺談固體繼電器的接通和關斷電壓時．建議采用下述方法有效防止器件損壞：調節(jié)輸入電壓，使U。從額定關斷或輸入關斷電壓（即0V）處逐漸增大，則輸出沿關斷區(qū)向第一轉折點逐漸靠近，當輸出漏電流增加時即為“保證關斷電壓”，此時不能再緩慢增加，而是以最快速度將U，增加至額定接通電壓或輸入接通電壓，使其輸出快速通過轉折區(qū)進人導通區(qū)，然后將從額定值或規(guī)定值處逐漸減小，使輸出沿導通區(qū)向第二轉折點靠近，當接通壓降增加時為“保證接通電壓”，最后快速回零，使其輸出快速通過轉折區(qū)返回關斷區(qū)．完成測試。另外，針對同體繼電器的轉折區(qū)的缺陷，及使用中可能發(fā)生的過載或短路，可在電路中加入適當?shù)谋Ｗo措施及其他實用功能，以提升產品的性價比和市場競爭力。 2．4負載條件 　　電磁繼電器中的觸點負載條件：無論工作在直流和交流．以及負載大小和性質如何，統(tǒng)一規(guī)定直流10mA／6V、100mA／28V、1000mA／24V等，而閻體繼電器中接通和關斷電壓等參數(shù)的測試條件要求輸出加額定負載。由于電磁繼電器的觸點負載能力可由設計、材料等保證，為了不破壞觸點的初始狀態(tài)和使用性能，測試中均以上述負載代替額定負載。 　　固體繼電器的輸出是由半導體器件來完成的．它相當于電磁繼電器中的觸點，但其開關過程是微觀的，一種規(guī)格的所有產品的負載能力及其可靠性。取決于所選取的承擔開關作用的功率器件，而不像電磁繼電器的觸點那樣具有可見性、一致性和確定性。另外，早期的固體繼電器用雙極性晶體管作為輸出元件，因其屬于電流控制器件，當要求繼電器接通時，其集電極電流與基極電流必須滿足一定的關系才能工作于飽和區(qū)．使得繼電器的接通、關斷電壓參數(shù)隨輸出電流的大小變化，如當輸出電流較小時，較小的輸入電壓就可使輸出器件飽和導通，當輸出電流增大時，原來的輸入電壓已不能滿足飽和導通條件．導致輸出器件退出飽和區(qū)而進入放大區(qū)，不但失去了開關特性，還具有器件損壞的風險。所以，只有將每個繼電器在額定負載條件下進行測試．一方面使所測參數(shù)可以覆蓋額定負載以下的全部負載條件．另一方面也對產品的負載能力反復驗證和確認。固體繼電器的可靠性在很大程度上取決于半導體器件制造商，新型的直流固體繼電器廣泛采用性能優(yōu)異的場效應晶體管作為輸出元件，大大提高了產品的可靠性。同時，因該元件屬于電壓控制器件，使得繼電器的接通、關斷電壓參數(shù)基本不受輸出電流的影響，可以完全隔離。建議仿照電磁繼電器，采用統(tǒng)一的序列小負載代替額定負載測試固體繼電器。在設計階段就對該規(guī)格繼電器進行相關試驗，取得所需數(shù)據(jù)，在后續(xù)生產、試驗及使用中參數(shù)測試時為負載提供依據(jù)。成品后的測試使用統(tǒng)一負載即可。這樣可以簡化相應的測試儀器，使后續(xù)試驗采用斜坡法而不會損壞器件。 2．5參數(shù)與曲線 　　為保證電磁繼電器可靠工作，應對線包施以最佳的動作或釋放電壓．即就是線包的額定工作電壓和零伏。電磁繼電器的額定工作電壓應為“額定動作電壓”，零伏應為“額定釋放電壓”。同理，固體繼電器的額定輸入電壓應為“額定接通電壓”，零伏應為“額定關斷電壓”。在這種概念的基礎上，重新觀察圖1一圖4中的“實測值”、“規(guī)定值”、“額定值”等參數(shù)的分布排列，就會清楚看出這兩種繼電器參數(shù)序列的異同，深刻理解各參數(shù)的內涵及其相互關系。 　　將圖2和圖4中的曲線劃分為“五區(qū)兩點”。“五區(qū)”：“個性區(qū)”、“誤差區(qū)”（兩個）、“工作區(qū)”（兩個）；“兩點”：可靠開關點。其中，“個性區(qū)”指兩實測值間的區(qū)域，為單個產品的個體屬性，該區(qū)域為電磁繼電器的非工作區(qū)，為固體繼電器的禁止停留區(qū)；“誤差區(qū)”指實測值與規(guī)定值間的區(qū)域，是規(guī)定的、容納產品實測值分散范圍的公差帶，該區(qū)域為不可靠工作區(qū)；“工作區(qū)”指規(guī)定值與額定值間的區(qū)域，是產品發(fā)揮效能、實現(xiàn)功能之所在；“兩點”指曲線的兩個端點，即兩個“額定值”，它是保證產品開關性能及其他性能的兩個可靠工作點。 　　劃分“五區(qū)兩點”的目的，只是為了對這兩種繼電器的參數(shù)序列及其排列分布的共性有一個總體認識，同時也是圖形化歸納和總結。其中“工作區(qū)”的劃分，對固體繼電器來說基本上是合理的，在該區(qū)內既能夠保證其功能，也能夠保證其性能．即使在“誤差區(qū)”，只要離開“個性區(qū)”遠一點，也能正常工作。但對于電磁繼電器來說則不盡然，在“工作區(qū)”內能確保其功能．但不一定能保證其性能，因為觸點問的壓力與激勵值成正比，越靠近額定值，其性能越可靠，因此，電磁繼電器只有T作于“兩點”才是最可靠的。 3 結語 　　通過對這兩種繼電器的粗略比較，粗淺辨析各自的相關參數(shù)和概念。直流電磁繼電器和固體繼電器，除了由外特性所表現(xiàn)的釋放與關斷、吸合與接通相似之外，其余皆不相同。 [b]參考文獻： [/b]【1】GJB1515—92《固體繼電器總規(guī)范》【S】，北京：國防科學技術工業(yè)委員會。1992． 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