固态继电器的电磁兼容测试

固态继电密的电磁兼容测试中心议题•继电器固态继电器的EMC标准•影响固态继电器EMC的主要因素•固态继电器的EMC测试试验方法和判定标准电磁兼容EMC在电子产品中是一项重要的技术指标本文介绍影响固态继电器SSREMC的主要因素、试验方法和判定标准同时，提出了测试时注意事项和给出了一组具有实用价值的结果1引言影响固态继电器SSR电磁兼容EMC的因素是多方面的，诸如器件的选择与搭配、电路原理、PCB的布线和结构等等其中，交流光耦光电耦合器对EMC参数的影响常常被忽略其主要原因是对它们的应用环境和要求了解较少，同时对EMC的标准，设备的使用和试验方法理解不够因此当使用性能较差的器件和不合理的结构时，固态继电器的EMC性能往往达不到国际上的一些标准如CE等2固态继电器的EMC标准电磁兼容包含电磁辐射Emission和电磁抗干扰Immunity对器件来说，欧洲客户不要求做电磁测试个别有特殊要求的客户除外，通常只要求按EN50082-2标准即1995V EN61000-6-2进行测试但最主要是测试ESDEN61000-4-2;EFT/BEN61000-4-4和SURGEEN61000-4-5在此要说明的是，如果客户要求测试电磁辐射时，应按EN50081-2标准即2001V EN61000-6-4进行测试本文只对SSR的电磁抗干扰能力进行测试和归纳我们在多年与欧洲客户交流中，他们提出最多的有如下要求1要求EMC做通用标准的电磁抗干扰能力的测试,即上述的ESD、EFT/B和Surgeo其电压等级分别为4kV的接触放电和8kV的空气放电、lkV/5kHz快速群脉冲扰动和2k V浪涌冲击，其它不做要求；2要求EMC做通用标准的电磁抗干扰能力达到等级3的测试，即ESD和Surge同上，而EFT/B要求达到3kV/5kHz;3特殊要求:ESD要求6kV/10kV和EFT/B为4kV4其他要求除电磁抗干扰Immunity外，还要求电磁辐射Emission测试

3、影响固态继电器EMC的主要因素为了找出影响固态继电器EMC的主要因素和组合的器件，必须了解组成S SR的电路原理我们综合了国内外S SR方面的主要生产商的电路，得到如下几种常见的采用交流光耦方案的电路结构把这些不同的电路结构和相同的电路结构而采用不同的器件组合来进行测试，发现不同的EMC性能

3.1电路原理图

1、图2和图3三种电路都能实现固态继电器的功能图1是固态继电器最简单的电路原理图，图中A1是交流光耦，A2是双向可控硅常用在小型的S SR,使用时，用户往往在外面增加落件来改善性能图2是在图1的基础上增加了RC吸收电路和防冲击电阻R2o R2是保护光耦，抑制在导通瞬间流过光耦的冲击电流附加这些器件后，大大改善了SSR的EMC特性和浪涌对光耦的冲击性能因此该电路常用在可靠性较高的场合图3是一种特殊的电路，常用在高可靠性和E MC等级较高的SSR设计中图中的二极管D1可防止输入反极性由QI、Q

2、R1及R3组成恒流电路，保证当输入电压变化时，光耦A1的电流恒定R C电路C

1、R7和R6的功能与图2的相同该电路还增加了压敏电阻R Vo R V不仅加强了S SR的过压保护能力，而且大大改善了其E MC性能按上述三种不同的电路和不同的结构进行如下试验:

3.2试验采用不同的样品（见下）进行以下两种试验:群脉冲试验（见表1）和浪涌试验（见表2）表1群脉冲试脸结果・・1av2UhN LANI NL NtJLN・・・■•|♦必・a，比作盟号公A1111111110111000Q1n■111111111111111i11♦IU300u

0.a u0u Clu u•g0au始曾创稣传.P41111111I91I1•0§101t1111I111111111I i表2浪涌试验结果*GS3cV不优・加人城L LANN干气■盘，\_I昼/元停产立0I11o Q1IA公扁嫌MHa片，RC*公然具给构A921111I i*RC心司产站构B AiERCi1]G1I-41111ISHARP♦E1HC+RVSURP飞・*»rBI6*RCS11100试验条件为如下A.输入电压:0V或标称值负载:40W灯泡；B.«2kV时，Burst测试频率5kHz;》2kV时，Burst测试频率

2.5kHzC.样品:NO.

1、NO.2和NO.3的结构不相同，PCB相同；NO.4和NO.5的光耦不相同，其它相同（见表1中的“产品/元件型号”）D.测试结果见表1a.表中“1”表示通过，“0”表示不通过判定标准“1”灯泡不闪；“0”灯泡闪烁b.表中L火线；N零线试验不难看出:1对比A公司产品两个继电器，其电路结构、元器件参数完全相同，仅仅前者多了一个散热片，但其burst测试只能达到2kV,而第2个的burst测试可以达到4kV由此可知，产品内部结构的变化会影响到E MC性能；2RC会很大程度的影响固体继电器的EMC性能;不加R C电路的结构，EMC性能最差，见B公司产品；3采用不同的光耦，其EMC性能会有很大的变化，见NO.4与NO.5的试验结果；4未同的光耦和不同的可控硅组合对EMC性能也有较大影响；5选择适当的RC组合，也可提高Burst和Surge抗扰能力当R C中C值一定时，固态继电器对B ur st的抗扰能力与R值成反相关关系，但当R小到一定的值时，这种关系就不再明显；6增加RV压敏电阻可大大增强Surge的抗扰能力4测试方法及注意事项为了正确获得试验数据必须按要求正确设计测试回路，和正确的连线然后设定方法和步骤，最后按判定标准获取数据

4.1测试电路图4所示为测试电路对SSR来说，有信号源稳压电源、小于1米的连线、负载及有关仪器；图5为电源信号叠加干扰信号的波形

4.2试验标准及要求及判定要求表3为EMC的抗干扰标准:EN61000-4-

4.EN61000-4-5和EN61000-4-2的试验标准及要求对SSR来说，其工作状态要求样品处于正常关断和接通状态加入干扰源，观察样品是否失效5试验结论1产品内部结构的变化直接影响到EMC性能如:PCB或DCB的排版设计,通常需要通过几次调整，如改变输入输出之间的走线位置、元件的摆放位置等，才能达到最佳状态；2所有测试的光耦中,VISHAY光耦的性能比较突出,其多数光耦的Burst测试可以达到4kV其它厂家的光耦较少能达到4kV关于这一点，主要取决于光耦内部的结构；3压敏电阻RV对Burst性能影响不明显，而对Surge性能影响极大；因此在有较大浪涌电压冲击的场合，应加上RVo RV的大小要视可控硅的阻断电压高低来决定；4从试验数据可以看出，在耐电脉冲群冲击方面，光耦对继电器的影响较大见结论的第2点，不同的光耦其耐冲击性能不一样;而在耐Surge时，可控硅对继电器的影响最大较差的可控硅如dv/dt太低等，将被击穿；5对于不同的组合，将有不同的EMC能力如果用EMC较好的光耦配较差的可控硅，将造成较差的E MC抗扰能力反之可得出同样结果；6不带RC时、绝大多数的光耦的抵抗群脉冲的能力都低于500V;基本上无法达到CE的标准为此，设计人员必须改变电路结构和元件参数，方可满足客户的要求和C E标准实际应用证明，电容C的介质损耗角和其温度特性对吸收电路影响较大电阻R除它的功率和热稳定参数外，它的阻值对E MC的性能影响也较大通常C选用10—22nf,而R通常用10—100欧姆；7光耦阻断电压的高低与它的抵抗群脉冲的能力的强弱没有必然的联系但可控硅阻断电压的高低与抵抗浪涌电压的能力的强弱有较大关系6存在的问题由于光耦耐脉冲冲击的电性能不一，S SR继电器接入电机正反转线路，以及干扰电压的存在可用示波器观看，S SR会误导通，以至烧毁过零的继电器也同样如此理论上干扰电压是反电势和负载电压之和的根号2倍，但实际上干扰电压可达到负载电压的3-5倍，有时达到10倍原因是电路的分布参数产生了LC并联谐振虽然谐振电压的能量较小，高峰时持续的时间只有微秒级，但会使SSR误导通，即光耦失效因此，尚待进一步探讨。