固态继电器(SSR)
SSR是由电子元器件、IC和混合电路构成、通过半导体结实现电路导通和关断的一种电子式继电器,其在各类继电器中增长最快,在整个继电器中的比重不断上升,目前约占8%。与E M R相比,SSR具有可靠性高、寿命长(达上亿次,而E M R通常几十万次)、E MI低、响应速度快、控制功率低(与大多数逻辑IC兼容)和抗振动等优势。这些优势决定了SSR具有旺盛的生命力和极强的市场竞争力。
随着电子技术、光电子技术的进步,SSR性能将有进一步提高:导通电阻降至1mΩ以下;断路漏电流降至1μA以下,开关时间降至10μs 以下;高负载能力直流达
1000A;实现多组转换等。
SSR产品发展方向:一是微型化,如光M OSSSR3.9×4.09×2. 0m m,已成为当前世界热门产品;二是大功率,如采用新型电力电子器件V D M OS,已达100V/30A,工作频率100K H z,采用
IGBT,已达1700V /800A,工作频率150K H z;三是模块化(如I/O模块、IP M模块等)、组合化、智能化。
IPM(智能功率模块)是集微电子技术、电力电子技术和控制技术于一体的高科技产品,是在新型功率器件?绝缘栅双极晶体管
IGBT的基础上,采用SM T和厚膜IC工艺,将IBG T芯片、最优化栅极驱动电路、控制电路和过流、过压、短路、过热、欠压锁定等保护电路装在一块模块内。IP M实际上是一种功能拓展的模块化、智能化的SSR。
目前,鉴于SSR价格偏高,主要用于军事、防火、抗干扰等高档次场合。随着技术的迅速进步,SSR会有更大的价格下降空间,其应用将进一步扩大。
微型机电继电器
最近,国外已利用微机电系统(M E MS)技术开发成功了迄今世界上最小的微型机电继电器1.5×1.0×0.6m m。该继电器触点负荷0. 3A,触点接触电阻小于
300mΩ,触点断开时绝缘电阻大于1013Ω,动作电压5V,可满足长途通信和数据通信以及要求体积小、精度高的电子装置的需要。
目前,微型继电器虽尚处研发阶段,但在21世纪必将得到飞速发展,前景不可限量。
继电器外形尺寸将继续缩小结构和材料将不断创新
继电器发展目标是不断提高技术性能和性能价格比,而不断缩小外形尺寸,不断进行结构和材料创新正是实现这一目标的必然结果和动力源泉。
试以程控交换机用通信继电器为例。自第一代通信继电器于70年代投产以来,差不多以每十年更新一代的速度向前发展,到80年代生产的第二代通信继电器外形尺寸已缩小到20.0×10.0×9.0m m(200m W),再到90年代生产的第三代通信继电器尺寸又缩小为14.0×7.0×5.5m m(140m W),直到1998年推出的第四代通信继电器尺寸更进一步缩小到10.0×6.5×5.0m m(
100m W)。从第三代到第四代的更迭已缩短为8年。预测第四代通信继电器在21世纪初将成为通信继电器的主流产品。
继电器这种外形尺寸的缩小,是否意味着已逐渐逼近其物理“极限”?早在30年前,就曾有人预测,10mm是继电器外形尺寸的“极限”,后来又预测8mm、5mm,然而所有这些预测一次次被实践所突破。目前,国际上除第四代通讯继电器外,还大量生产3.9×4.1×2.0mm的SSR,近期更推出了1.5×1.6×0.6m m的微型机电继电器。继电器发展究竟有无“极限”?究竟由哪些因素决定?看来突破这些“限制”发展新一代继电器及相关新技术、新材料乃是当前继电器发展的一个重要方向,也是继电器技术发展中的一个重大研究课题。国外研究力度很大,且在寻找新的途径。我们也应从研究继电器技术“限制”问题入手,探寻突破现有“限制”的理论和技术,努力实现我国继电器技术飞跃。
由传统的开关继电器向组合式继电器发展
继电器是一种自动控制元件,而不是最终产品,它只有装入整机系统才能发挥作用。随着整机系统向高可靠(减少连线)、高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化方向发展,系统对功能元件的要求越来越高,希望多功能化、组合化、系统集成化、模块化、智能化,单一功能的传统继电器已无法满足性能日益提高的整机系统的要求。
另一方面,由于继电器设计及工艺水平的提高,已可将微电子技术、光电子技术、智能控制技术等移植到继电器,内部集成各种器件和电路,如MCU、ASIC等,使之能实现多种功能,如延时、放大、运算、显示、监控、报警、故障诊断、模糊控制等等。
正是在需求牵引和技术推动的双重作用下,出现了智能化的多功能的组合式继电器。组合式继电器更能从整机系统角度出发,实现更高性能的系统指标。从单一开关功能的传统继电器转变为多功能的组合式继电器不仅是一种概念上的突破,同时也是继电器技术发展的必然结果。这是继电器领域的一场革命,对继电器技术有重大推动作用。目前,组合式继电器技术已崭露头角,21世纪将是组合式电器技术真正快速发展的时期。我们一定要抓住这一机遇,加强继电器技术与系统应用的互相融合,努力培养复合型创新人才,实现继电器技术上的大跨越。
继电器技术和其他学科相结合将产生新的继电器领域
继电器技术一旦与其他学科结合定会诞生一系列崭新的继电器领域和重大经济增长点。70年代与半导体技术、光电技术相结合诞生了SSR。最新的典型例证便是使用M E MS技术研制成功的微型机电继电器。该微型继电器既不是传统继电器外形尺寸的机械缩小,也不是继电器简单的拓展和延伸,而是由微电子技术发展而引发的一场微小型化革命的产物,是微电子技术与精密加工技术交叉的前沿研究领域。它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、材料科学、能源科学等。
微型继电器的发展开辟了一全新的继电器领域,它能实现许多继电器不能完成的功能,在航天、航空、汽车、生物医学、环境控制和军事等许多领域都有十分广阔的应用和市场前景。微型继电器是跨世纪的科学技术,在21世纪知识经济中将有更大发展。这向我们昭示:强调和加强交叉学科的结合,对我国继电器技术发展具有重要的意义。