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 的布線和結(jié)構(gòu)等等,。其中,，交流光耦（ 光電耦合器） 對EMC 參數(shù)的影響常常被忽略。其主要原因是對它們的應(yīng)用環(huán)境和要求了解較少,，同時對EMC 的標準,，設(shè)備的使用和試驗方法理解不夠。因此當使用性能較差的器件和不合理的結(jié)構(gòu)時,，固態(tài)繼電器的EMC 性能往往達不到國際上的一些標準（ 如CE 等） ,。
2 固態(tài)繼電器的EMC 標準
電磁兼容包含電磁輻射（Emission）和電磁抗干擾（Immunity）。對器件來說,，歐洲客戶不要求做電磁測試（ 個別有特殊要求的客戶除外） ,，通常只要求按EN50082-2 標準即1995V EN61000-6-2 進行測試。但最主要是測試ESD（EN61000-4-2）;EFT/B（EN61000-4-4）和SURGE（EN61000-4-5）,。在此要說明的是,，如果客戶要求測試電磁輻射時，應(yīng)按EN50081-2 標準即2001V EN61000-6-4 進行測試,。本文只對SSR 的電磁抗干擾能力進行測試和歸納,。我們在多年與歐洲客戶交流中，他們提出最多的有如下要求：
?。?） 要求EMC 做通用標準的電磁抗干擾能力的測試,，即上述的ESD,、EFT/B 和 Surge,。其電壓等級分別為4kV的接觸放電和8kV 的空氣放電、1kV/5kHz 快速群脈沖擾動和2 k V 浪涌沖擊,，其它不做要求;
?。?） 要求EMC 做通用標準的電磁抗干擾能力達到等級3 的測試，即ESD 和Surge 同上,，而EFT/B 要求達到3kV/5kHz;
?。?） 特殊要求：ESD 要求6kV/10kV 和EFT/B 為4kV
（4） 其他要求：除電磁抗干擾（Immunity）外,，還要求電磁輻射（Emission）測試,。
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進行測試,，發(fā)現(xiàn)不同的EMC 性能,。
3.1 電路原理
圖1、圖2 和圖3 三種電路都能實現(xiàn)固態(tài)繼電器的功能,。圖1 是固態(tài)繼電器最簡單的電路原理圖,，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，用戶往往在外面增加器件來改善性能,。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是保護光耦，抑制在導(dǎo)通瞬間流過光耦的沖擊電流,。附加這些器件后,，大大改善了SSR 的EMC 特性和浪涌對光耦的沖擊性能。因此該電路常用在可靠性較高的場合,。圖3 是一種特殊的電路,，常用在高可靠性和E M C 等級較高的SSR 設(shè)計中。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,，保證當輸入電壓變化時,，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不僅加強了S S R 的過壓保護能力,，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)進行如下試驗：
3.2 試驗
采用不同的樣品（見下）進行以下兩種試驗：群脈沖試驗（見表1）和浪涌試驗（見表2）。
試驗條件為如下：
A. 輸入電壓：0V 或標稱值,。負載：40W 燈泡,；
B. 《2kV 時，Burst 測試頻率：5kHz;》2kV 時,，Burst 測試頻率：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。（ 見表1 中的“產(chǎn)品／元件型號”）
D ．測試結(jié)果見表1 ,。
a. 表中“1 ”表示通過,，“0 ”表示不通過。判定標準：“1 ”： 燈泡不閃,；“0 ”：：燈泡閃爍,。
b.表中L：火線；N：零線,。
試驗不難看出：
?。?）對比A 公司產(chǎn)品兩個繼電器，其電路結(jié)構(gòu),、元器件參數(shù)完全相同,，僅僅前者多了一個散熱片，但其burst測試只能達到2kV,，而第2 個的burst 測試可以達到4kV,。由此可知，產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化會影響到E M C 性能;
?。?）RC 會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B 公司產(chǎn)品;
?。?） 采用不同的光耦,，其EMC 性能會有很大的變化，見N0.4 與N0.5 的試驗結(jié)果;
?。?） 不同的光耦和不同的可控硅組合對EMC 性能也有較大影響;
?。?） 選擇適當?shù)腞C 組合，也可提高Burst 和Surge抗擾能力,。當R C 中C 值一定時,，固態(tài)繼電器對B u r s t的抗擾能力與R 值成反相關(guān)關(guān)系，但當R 小到一定的值時,，這種關(guān)系就不再明顯;
?。?） 增加RV 壓敏電阻可大大增強Surge 的抗擾能力,。
4 測試方法及注意事項
為了正確獲得試驗數(shù)據(jù)必須按要求正確設(shè)計測試回路,，和正確的連線。然后設(shè)定方法和步驟,，最后按判定標準獲取數(shù)據(jù),。
4.1 測試電路
圖4 所示為測試電路,。對SSR 來說，有信號源（穩(wěn)壓電源）,、小于1 米的連線,、負載及有關(guān)儀器;圖5 為電源信號疊加干擾信號的波形。
4.2 試驗標準及要求及判定要求
表3 為EMC 的抗干擾標準：EN61000-4-4,、EN61000-4-5 和EN61000-4-2 的試驗標準及要求,。對SSR 來說，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,，觀察樣品是否失效,。
5 試驗結(jié)論
（1） 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,，通常需要通過幾次調(diào)整，如改變輸入輸出之間的走線位置,、元件的擺放位置等,，才能達到最佳狀態(tài)；
?。?） 所有測試的光耦中,，VISHAY 光耦的性能比較突出，其多數(shù)光耦的Burst 測試可以達到4kV,。其它廠家的光耦較少能達到4kV（關(guān)于這一點,，主要取決于光耦內(nèi)部的結(jié)構(gòu)）；
?。?） 壓敏電阻RV 對Burst 性能影響不明顯,，而對Surge 性能影響極大;因此在有較大浪涌電壓沖擊的場合，應(yīng)加上R V ,。R V 的大小要視可控硅的阻斷電壓高低來決定,；
（4） 從試驗數(shù)據(jù)可以看出,，在耐電脈沖群沖擊方面,，光耦對繼電器的影響較大（見結(jié)論的第2 點），不同的光耦其耐沖擊性能不一樣;而在耐Surge 時,，可控硅對繼電器的影響最大（較差的可控硅如dv/dt 太低等,，將被擊穿）；
?。?） 對于不同的組合,，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,，絕大多數(shù)的光耦的抵抗群脈沖的能力都低于500V;基本上無法達到CE 的標準,。為此，設(shè)計人員必須改變電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù),，方可滿足客戶的要求和C E 標準,。實際應(yīng)用證明，電容C 的介質(zhì)損耗角和其溫度特性對吸收電路影響較大,。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,；
（7）光耦阻斷電壓的高低與它的抵抗群脈沖的能力的強弱沒有必然的聯(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弱有較大關(guān)系,。
6 存在的問題
由于光耦耐脈沖沖擊的電性能不一，S S R 繼電器接入電機正反轉(zhuǎn)線路,，以及干擾電壓的存在（ 可用示波器觀看） ,，S S R 會誤導(dǎo)通，以至燒毀,。過零的繼電器也同樣如此,。理論上干擾電壓是反電勢和負載電壓之和的根號2 倍，但實際上干擾電壓可達到負載電壓的3-5 倍,，有時達到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,，高峰時持續(xù)的時間只有微秒級,，但會使SSR 誤導(dǎo)通，即光耦失效,。因此,，尚待進一步探討。