摘要：比較電磁繼電器與固體繼電器的異同，對各自的相關(guān)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(guān)斷電壓等參數(shù)的質(zhì)疑與爭議，對相關(guān)問題提出了看法和建議。 關(guān)鍵詞：固態(tài)繼電器，電磁繼電器：通態(tài)電壓；關(guān)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(biāo)準(zhǔn)，奠定了我國軍用固體繼電器研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)和使用所依據(jù)的基礎(chǔ)。正因?yàn)槭堑谝徊?，瑕疵在所難免。因此，該標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施過程中曾有過一些質(zhì)疑，如“接通電壓”和“關(guān)斷電壓”。其升級版GJB1515A一20ol嘲對接通電壓和關(guān)斷電壓從根本上進(jìn)行修改，使其參數(shù)更趨于科學(xué)合理。 　　但實(shí)際上對“接通電壓”和“關(guān)斷電壓”這兩個參數(shù)仍存在質(zhì)疑，因?yàn)楣腆w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(jī)理沒有深刻了解，不明白與電磁繼電器的本質(zhì)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(rèn)識上的誤區(qū)和理解上的偏差。這里重點(diǎn)論述了固體繼電器的“接通電壓”和“關(guān)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(chǎn)生宏觀機(jī)械運(yùn)動．利用物體間的離合實(shí)現(xiàn)電路通斷，而固體繼電器則運(yùn)用半導(dǎo)體技術(shù)，在外部相關(guān)物理量的控制下，使半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生微觀的電子或空穴運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)外部電路的通斷。因此，這兩種繼電器的工作機(jī)理有著本質(zhì)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(diǎn)。 2．1GJB1515—92與GJB1515A一2001 　　GJB1515—92中接通電壓、關(guān)斷電壓的測試套用電磁繼電器國軍標(biāo)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(jìn)行符合性判定（即階躍法），只考察其是否合格，而對實(shí)測值則直接用斜坡法測試。 　　GJB1515—92對接通電壓、關(guān)斷電壓的實(shí)測值和規(guī)定值進(jìn)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(guān)斷電壓，將實(shí)測值及其測試方法定義為保證接通、關(guān)斷電壓?？梢奊JB1515A一2001從固體繼電器實(shí)際出發(fā)，對輸入接通、關(guān)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(diǎn)）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(nèi)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(zhuǎn)折區(qū)為線性．并將轉(zhuǎn)折斜線兩端的非線性過度區(qū)近似為兩個交點(diǎn)；若分別在圖1、圖3中過斜坡頂點(diǎn)作垂線，沿垂線將右邊圖形向左邊對折．其結(jié)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(dāng)輸入電壓增加或減小時，對應(yīng)于輸出電壓發(fā)生躍變時，為實(shí)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(diǎn)。在圖3和圖4中，當(dāng)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(zhuǎn)折區(qū)，與第一、第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)的輸入電壓實(shí)測值分別為規(guī)范中所定義的保證關(guān)斷電壓和接通電壓：當(dāng)輸入電壓減小時，輸電壓分別經(jīng)第二、第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)沿原路返回。 　　對于直流固體繼電器．當(dāng)輸出電壓處于轉(zhuǎn)折區(qū)時．輸出器件與負(fù)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(zhuǎn)折點(diǎn)，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(shí)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(guān)斷電壓的上限和下限，結(jié)果導(dǎo)致各參數(shù)相互矛盾。 　?。?）在圖1和罔2中，當(dāng)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(dāng)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(diǎn)具有瞬動性，即觸點(diǎn)能夠從一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。這正是電磁繼電器的實(shí)用價值。如果電磁繼電器不具有該特性．假設(shè)觸點(diǎn)的位移與線包電壓成線性，則在實(shí)際負(fù)載下，其緩動觸點(diǎn)將被損壞。 　　圖2中的矩形窗口對應(yīng)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(guān)系，這就是這兩種繼電器的本質(zhì)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(yīng)的輸人電壓范同實(shí)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)斷電壓間的區(qū)域外，其開關(guān)特性便與電磁繼電器相同。于G．IBl515—92未明確定義接通、關(guān)斷電壓的實(shí)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(yīng)保證接通、關(guān)斷電壓是單個產(chǎn)品具體的實(shí)測值，圖4中為轉(zhuǎn)折的兩個轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對應(yīng)的。保證關(guān)斷、接通電壓分別是關(guān)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(chǎn)品，則是一個不確定值；若是具體到某一產(chǎn)品則是該實(shí)測值。輸入接通、關(guān)斷電壓為規(guī)定值時圖4中雖然也是兩個點(diǎn)．但其限制接通、關(guān)斷電壓實(shí)測數(shù)值范嗣的上、下限．即就是保證接通、關(guān)斷電壓是每個產(chǎn)品的個體屬性，而輸入接通、關(guān)斷電壓是由制造者規(guī)定．該規(guī)格產(chǎn)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?yàn)樵陬~定負(fù)載下經(jīng)轉(zhuǎn)折區(qū)，特別是緩慢通過甚至停留于轉(zhuǎn)折區(qū)的中間位置時，功率器件T作于放大區(qū)，其功耗達(dá)到最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出器件的功率極限，使結(jié)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(hù)措施、近乎破壞性的測試，是對器件性能的反復(fù)摧殘，其累積效應(yīng)也將降低使用性能。 　　尤其是在開斷壽命試驗(yàn)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(fù)通過放大區(qū)的時間過長，累積熱效應(yīng)使平均溫升過高導(dǎo)致器件損壞，但在測試中要求帶額定負(fù)載運(yùn)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(shí)測動作、釋放電壓參數(shù)測試非常容易，即使觸點(diǎn)不帶負(fù)載，也能相對準(zhǔn)確地測量吸放值．但固體繼電器無法實(shí)現(xiàn)。另外，該實(shí)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(jìn)提高_(dá)丁序檢驗(yàn)等方面具有重要意義；而對于成品獲得實(shí)測值沒有多大價值。因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用真正關(guān)心是：在規(guī)定的輸入條件下．固體繼電器能否在開關(guān)狀態(tài)下可靠_T作。因此，輸入接通、關(guān)斷電壓最具有實(shí)用價值。建議僅把輸入接通、關(guān)斷電壓視為常規(guī)測試參數(shù)．而將保證接通、關(guān)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(shí)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(yīng)電磁繼電器的階躍特性，階躍法對應(yīng)于固體繼電器的斜坡（轉(zhuǎn)折）特性，仲裁測試時將測試法對調(diào)即可當(dāng)需要對保證接通、關(guān)斷電壓用斜坡法帶額定負(fù)載實(shí)測淺談固體繼電器的接通和關(guān)斷電壓時．建議采用下述方法有效防止器件損壞：調(diào)節(jié)輸入電壓，使U。從額定關(guān)斷或輸入關(guān)斷電壓（即0V）處逐漸增大，則輸出沿關(guān)斷區(qū)向第一轉(zhuǎn)折點(diǎn)逐漸靠近，當(dāng)輸出漏電流增加時即為“保證關(guān)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(zhuǎn)折區(qū)進(jìn)人導(dǎo)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(dǎo)通區(qū)向第二轉(zhuǎn)折點(diǎn)靠近，當(dāng)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(zhuǎn)折區(qū)返回關(guān)斷區(qū)．完成測試。另外，針對同體繼電器的轉(zhuǎn)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(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施及其他實(shí)用功能，以提升產(chǎn)品的性價比和市場競爭力。 2．4負(fù)載條件 　　電磁繼電器中的觸點(diǎn)負(fù)載條件：無論工作在直流和交流．以及負(fù)載大小和性質(zhì)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(guān)斷電壓等參數(shù)的測試條件要求輸出加額定負(fù)載。由于電磁繼電器的觸點(diǎn)負(fù)載能力可由設(shè)計(jì)、材料等保證，為了不破壞觸點(diǎn)的初始狀態(tài)和使用性能，測試中均以上述負(fù)載代替額定負(fù)載。 　　固體繼電器的輸出是由半導(dǎo)體器件來完成的．它相當(dāng)于電磁繼電器中的觸點(diǎn)，但其開關(guān)過程是微觀的，一種規(guī)格的所有產(chǎn)品的負(fù)載能力及其可靠性。取決于所選取的承擔(dān)開關(guān)作用的功率器件，而不像電磁繼電器的觸點(diǎn)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(dāng)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(guān)系才能工作于飽和區(qū)．使得繼電器的接通、關(guān)斷電壓參數(shù)隨輸出電流的大小變化，如當(dāng)輸出電流較小時，較小的輸入電壓就可使輸出器件飽和導(dǎo)通，當(dāng)輸出電流增大時，原來的輸入電壓已不能滿足飽和導(dǎo)通條件．導(dǎo)致輸出器件退出飽和區(qū)而進(jìn)入放大區(qū)，不但失去了開關(guān)特性，還具有器件損壞的風(fēng)險。所以，只有將每個繼電器在額定負(fù)載條件下進(jìn)行測試．一方面使所測參數(shù)可以覆蓋額定負(fù)載以下的全部負(fù)載條件．另一方面也對產(chǎn)品的負(fù)載能力反復(fù)驗(yàn)證和確認(rèn)。固體繼電器的可靠性在很大程度上取決于半導(dǎo)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(yīng)晶體管作為輸出元件，大大提高了產(chǎn)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(guān)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(fù)載代替額定負(fù)載測試固體繼電器。在設(shè)計(jì)階段就對該規(guī)格繼電器進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，取得所需數(shù)據(jù)，在后續(xù)生產(chǎn)、試驗(yàn)及使用中參數(shù)測試時為負(fù)載提供依據(jù)。成品后的測試使用統(tǒng)一負(fù)載即可。這樣可以簡化相應(yīng)的測試儀器，使后續(xù)試驗(yàn)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(yīng)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(yīng)為“額定動作電壓”，零伏應(yīng)為“額定釋放電壓”。同理，固體繼電器的額定輸入電壓應(yīng)為“額定接通電壓”，零伏應(yīng)為“額定關(guān)斷電壓”。在這種概念的基礎(chǔ)上，重新觀察圖1一圖4中的“實(shí)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(nèi)涵及其相互關(guān)系。 　　將圖2和圖4中的曲線劃分為“五區(qū)兩點(diǎn)”?！拔鍏^(qū)”：“個性區(qū)”、“誤差區(qū)”（兩個）、“工作區(qū)”（兩個）；“兩點(diǎn)”：可靠開關(guān)點(diǎn)。其中，“個性區(qū)”指兩實(shí)測值間的區(qū)域，為單個產(chǎn)品的個體屬性，該區(qū)域?yàn)殡姶爬^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(shí)測值與規(guī)定值間的區(qū)域，是規(guī)定的、容納產(chǎn)品實(shí)測值分散范圍的公差帶，該區(qū)域?yàn)椴豢煽抗ぷ鲄^(qū)；“工作區(qū)”指規(guī)定值與額定值間的區(qū)域，是產(chǎn)品發(fā)揮效能、實(shí)現(xiàn)功能之所在；“兩點(diǎn)”指曲線的兩個端點(diǎn)，即兩個“額定值”，它是保證產(chǎn)品開關(guān)性能及其他性能的兩個可靠工作點(diǎn)。 　　劃分“五區(qū)兩點(diǎn)”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(rèn)識，同時也是圖形化歸納和總結(jié)。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(nèi)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(yuǎn)一點(diǎn)，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(nèi)能確保其功能．但不一定能保證其性能，因?yàn)橛|點(diǎn)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(diǎn)”才是最可靠的。 3 結(jié)語 　　通過對這兩種繼電器的粗略比較，粗淺辨析各自的相關(guān)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(guān)斷、吸合與接通相似之外，其余皆不相同。 [b]參考文獻(xiàn)： [/b]【1】GJB1515—92《固體繼電器總規(guī)范》【S】，北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會。1992． 【2】鄭昆和．固體繼電器接通電壓的概念和應(yīng)用【J】．機(jī)電元件，1999（4）：14—15． 【3】楊樞，寇玉潔．關(guān)于《固體繼電器接通電壓的概念和應(yīng)用》一文的探討【J】．機(jī)電元件，200o（2）：35-37． 【4】王玨．固體繼電器“接通電壓”、“關(guān)斷電壓”概念的準(zhǔn)確理解和應(yīng)用【J】．機(jī)電元件，2000（2）：38-39． 【5】GJBl5l5A一2001《固體繼電器總規(guī)范》【S】．北京：中國人民解放軍總裝備部。2001． 【6】李超，李渡．一種實(shí)用型直流電機(jī)控制的設(shè)計(jì)[J]．現(xiàn)代電子技術(shù)，2008，31（15）：105—106．