1 引言

　　影響固態(tài)繼電器（SSR）電磁兼容（EMC）的因素是多方面的，諸如器件的選擇與搭配,、電路原理,、PCB 的布線(xiàn)和結(jié)構(gòu)等等。其中,，交流光耦（ 光電耦合器） 對(duì)EMC 參數(shù)的影響常常被忽略,。其主要原因是對(duì)它們的應(yīng)用環(huán)境和要求了解較少，同時(shí)對(duì)EMC 的標(biāo)準(zhǔn),，設(shè)備的使用和試驗(yàn)方法理解不夠,。因此當(dāng)使用性能較差的器件和不合理的結(jié)構(gòu)時(shí)，固態(tài)繼電器的EMC 性能往往達(dá)不到國(guó)際上的一些標(biāo)準(zhǔn)（ 如CE 等） ,。

　　2 固態(tài)繼電器的EMC 標(biāo)準(zhǔn)

　　電磁兼容包含電磁輻射（Emission）和電磁抗干擾（Immunity）,。對(duì)器件來(lái)說(shuō)，歐洲客戶(hù)不要求做電磁測(cè)試（ 個(gè)別有特殊要求的客戶(hù)除外） ,，通常只要求按EN50082-2 標(biāo)準(zhǔn)即1995V EN61000-6-2 進(jìn)行測(cè)試,。但最主要是測(cè)試ESD（EN61000-4-2）;EFT/B（EN61000-4-4）和SURGE（EN61000-4-5）。在此要說(shuō)明的是,，如果客戶(hù)要求測(cè)試電磁輻射時(shí),，應(yīng)按EN50081-2 標(biāo)準(zhǔn)即2001V EN61000-6-4 進(jìn)行測(cè)試。本文只對(duì)SSR 的電磁抗干擾能力進(jìn)行測(cè)試和歸納,。我們?cè)诙嗄昱c歐洲客戶(hù)交流中,，他們提出最多的有如下要求：

　　（1） 要求EMC 做通用標(biāo)準(zhǔn)的電磁抗干擾能力的測(cè)試,，即上述的ESD,、EFT/B 和 Surge。其電壓等級(jí)分別為4kV的接觸放電和8kV 的空氣放電,、1kV/5kHz 快速群脈沖擾動(dòng)和2 k V 浪涌沖擊,，其它不做要求;

　　（2） 要求EMC 做通用標(biāo)準(zhǔn)的電磁抗干擾能力達(dá)到等級(jí)3 的測(cè)試,，即ESD 和Surge 同上,，而EFT/B 要求達(dá)到3kV/5kHz;

　　（3） 特殊要求：ESD 要求6kV/10kV 和EFT/B 為4kV

　?。?） 其他要求：除電磁抗干擾（Immunity）外,，還要求電磁輻射（Emission）測(cè)試。

　　3,、影響固態(tài)繼電器EMC 的主要因素

　　為了找出影響固態(tài)繼電器EMC 的主要因素和組合的器件,，必須了解組成S S R 的電路原理。我們綜合了國(guó)內(nèi)外S S R 方面的主要生產(chǎn)商的電路,，得到如下幾種常見(jiàn)的采用交流光耦方案的電路結(jié)構(gòu),。把這些不同的電路結(jié)構(gòu)和相同的電路結(jié)構(gòu)而采用不同的器件組合來(lái)進(jìn)行測(cè)試,，發(fā)現(xiàn)不同的EMC 性能。

　　3.1 電路原理

　　圖1,、圖2 和圖3 三種電路都能實(shí)現(xiàn)固態(tài)繼電器的功能,。圖1 是固態(tài)繼電器最簡(jiǎn)單的電路原理圖，圖中A1 是交流光耦,，A 2 是雙向可控硅,。常用在小型的S S R ，使用時(shí),，用戶(hù)往往在外面增加器件來(lái)改善性能,。圖2 是在圖1 的基礎(chǔ)上增加了RC 吸收電路和防沖擊電阻R2 。R 2是保護(hù)光耦,，抑制在導(dǎo)通瞬間流過(guò)光耦的沖擊電流,。附加這些器件后，大大改善了SSR 的EMC 特性和浪涌對(duì)光耦的沖擊性能,。因此該電路常用在可靠性較高的場(chǎng)合。圖3 是一種特殊的電路,，常用在高可靠性和E M C 等級(jí)較高的SSR 設(shè)計(jì)中,。圖中的二極管D1 可防止輸入反極性。由Q1,、Q2,、R1 及R3 組成恒流電路，保證當(dāng)輸入電壓變化時(shí),，光耦A(yù) 1 的電流恒定,。R C 電路C 1 、R 7 和R 6 的功能與圖2 的相同,。該電路還增加了壓敏電阻R V ,。R V不僅加強(qiáng)了S S R 的過(guò)壓保護(hù)能力，而且大大改善了其E M C 性能,。

　　按上述三種不同的電路和不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下試驗(yàn)：

　　3.2 試驗(yàn)

　　采用不同的樣品（見(jiàn)下）進(jìn)行以下兩種試驗(yàn)：群脈沖試驗(yàn)（見(jiàn)表1）和浪涌試驗(yàn)（見(jiàn)表2）,。

　　試驗(yàn)條件為如下：

　　A. 輸入電壓：0V 或標(biāo)稱(chēng)值。負(fù)載：40W 燈泡,；

　　B. 《2kV 時(shí),，Burst 測(cè)試頻率：5kHz;》2kV 時(shí)，Burst 測(cè)試頻率：2.5kHz,。

　　C. 樣品： N0. 1,、N0.2 和N0.3 的結(jié)構(gòu)不相同，PCB相同,；N0.4 和N0.5 的光耦不相同,，其它相同。（ 見(jiàn)表1 中的“產(chǎn)品／元件型號(hào)”）

　　D ．測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1 。

　　a. 表中“1 ”表示通過(guò),，“0 ”表示不通過(guò),。判定標(biāo)準(zhǔn)：“1 ”： 燈泡不閃；“0 ”：：燈泡閃爍,。

　　b.表中L：火線(xiàn),；N：零線(xiàn)。

　　試驗(yàn)不難看出：

　?。?）對(duì)比A 公司產(chǎn)品兩個(gè)繼電器,，其電路結(jié)構(gòu)、元器件參數(shù)完全相同,，僅僅前者多了一個(gè)散熱片,，但其burst測(cè)試只能達(dá)到2kV，而第2 個(gè)的burst 測(cè)試可以達(dá)到4kV,。由此可知,，產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響到E M C 性能;

　　（2）RC 會(huì)很大程度的影響固體繼電器的EMC 性能;不加R C 電路的結(jié)構(gòu),，E M C 性能最差,，見(jiàn)B 公司產(chǎn)品;

　　（3） 采用不同的光耦,，其EMC 性能會(huì)有很大的變化,，見(jiàn)N0.4 與N0.5 的試驗(yàn)結(jié)果;

　　（4） 不同的光耦和不同的可控硅組合對(duì)EMC 性能也有較大影響;

　?。?） 選擇適當(dāng)?shù)腞C 組合,，也可提高Burst 和Surge抗擾能力。當(dāng)R C 中C 值一定時(shí),，固態(tài)繼電器對(duì)B u r s t的抗擾能力與R 值成反相關(guān)關(guān)系,，但當(dāng)R 小到一定的值時(shí)，這種關(guān)系就不再明顯;

　?。?） 增加RV 壓敏電阻可大大增強(qiáng)Surge 的抗擾能力,。

　　4 測(cè)試方法及注意事項(xiàng)

　　為了正確獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)必須按要求正確設(shè)計(jì)測(cè)試回路，和正確的連線(xiàn),。然后設(shè)定方法和步驟,，最后按判定標(biāo)準(zhǔn)獲取數(shù)據(jù)。

　　4.1 測(cè)試電路

　　圖4 所示為測(cè)試電路,。對(duì)SSR 來(lái)說(shuō),，有信號(hào)源（穩(wěn)壓電源）、小于1 米的連線(xiàn),、負(fù)載及有關(guān)儀器;圖5 為電源信號(hào)疊加干擾信號(hào)的波形,。

　　4.2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及要求及判定要求

　　表3 為EMC 的抗干擾標(biāo)準(zhǔn)：EN61000-4-4,、EN61000-4-5 和EN61000-4-2 的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及要求。對(duì)SSR 來(lái)說(shuō),，其工作狀態(tài)要求樣品處于正常關(guān)斷和接通狀態(tài)加入干擾源,，觀(guān)察樣品是否失效。

　　5 試驗(yàn)結(jié)論

　?。?） 產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化直接影響到EMC 性能,。如：PCB 或DCB 的排版設(shè)計(jì)，通常需要通過(guò)幾次調(diào)整,，如改變輸入輸出之間的走線(xiàn)位置,、元件的擺放位置等，才能達(dá)到最佳狀態(tài),；

　?。?） 所有測(cè)試的光耦中，VISHAY 光耦的性能比較突出,，其多數(shù)光耦的Burst 測(cè)試可以達(dá)到4kV,。其它廠(chǎng)家的光耦較少能達(dá)到4kV（關(guān)于這一點(diǎn)，主要取決于光耦內(nèi)部的結(jié)構(gòu)）,；

　?。?） 壓敏電阻RV 對(duì)Burst 性能影響不明顯，而對(duì)Surge 性能影響極大;因此在有較大浪涌電壓沖擊的場(chǎng)合,，應(yīng)加上R V 。R V 的大小要視可控硅的阻斷電壓高低來(lái)決定,；

　?。?） 從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在耐電脈沖群沖擊方面,，光耦對(duì)繼電器的影響較大（見(jiàn)結(jié)論的第2 點(diǎn)）,，不同的光耦其耐沖擊性能不一樣;而在耐Surge 時(shí)，可控硅對(duì)繼電器的影響最大（較差的可控硅如dv/dt 太低等,，將被擊穿）,；

　　（5） 對(duì)于不同的組合,，將有不同的EMC 能力,。如果用EMC 較好的光耦配較差的可控硅，將造成較差的E M C抗擾能力,。反之可得出同樣結(jié)果,；

　　（6） 不帶RC 時(shí),，絕大多數(shù)的光耦的抵抗群脈沖的能力都低于500V;基本上無(wú)法達(dá)到CE 的標(biāo)準(zhǔn),。為此,，設(shè)計(jì)人員必須改變電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)，方可滿(mǎn)足客戶(hù)的要求和C E 標(biāo)準(zhǔn),。實(shí)際應(yīng)用證明,，電容C 的介質(zhì)損耗角和其溫度特性對(duì)吸收電路影響較大。電阻R 除它的功率和熱穩(wěn)定參數(shù)外,，它的阻值對(duì)E M C 的性能影響也較大,。通常C選用10 — 22nf，而R 通常用10 — 100 歐姆,；

　?。?）光耦阻斷電壓的高低與它的抵抗群脈沖的能力的強(qiáng)弱沒(méi)有必然的聯(lián)系。但可控硅阻斷電壓的高低與抵抗浪涌電壓的能力的強(qiáng)弱有較大關(guān)系,。

　　6 存在的問(wèn)題

　　由于光耦耐脈沖沖擊的電性能不一,，S S R 繼電器接入電機(jī)正反轉(zhuǎn)線(xiàn)路，以及干擾電壓的存在（ 可用示波器觀(guān)看） ,，S S R 會(huì)誤導(dǎo)通,，以至燒毀。過(guò)零的繼電器也同樣如此,。理論上干擾電壓是反電勢(shì)和負(fù)載電壓之和的根號(hào)2 倍,，但實(shí)際上干擾電壓可達(dá)到負(fù)載電壓的3-5 倍，有時(shí)達(dá)到10 倍,。原因是電路的分布參數(shù)產(chǎn)生了LC 并聯(lián)諧振,。雖然諧振電壓的能量較小，高峰時(shí)持續(xù)的時(shí)間只有微秒級(jí),，但會(huì)使SSR 誤導(dǎo)通,，即光耦失效。因此,，尚待進(jìn)一步探討,。