1.概述

固態(tài)繼電器（SolidStateRelay,縮寫SSR）是用分離的電子元器件、集成電路（或芯片）及混合微電路技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的一種具有繼電特性的無觸點(diǎn)式電子開關(guān)。具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、開關(guān)速度快、電磁干擾小、無噪聲、無火花等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于航天、航海、家電、機(jī)床、通訊、化工、煤礦等工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域。

2.固態(tài)繼電器分類（按輸出負(fù)載電源分）

2.1交流固態(tài)繼電器

2.1.1按開關(guān)方式分

a.電壓過零導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱過零型）b.電壓隨機(jī)導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱隨機(jī)型）

2.1.2按輸出開關(guān)元件分

a.雙向可控硅輸出型b.單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)型）

2.1.3按安裝方式分

a.焊針式：線路板用，一般為小電流規(guī)格B.裝置式：可配置散熱器安裝固定在金屬底板上，大電流規(guī)格

2.2直流固態(tài)繼電器

2.2.1按輸入端分

a.光隔離型b.高頻磁隔離，變壓器耦合

2.2.2按輸出端分

a.大功率三極管b.功率場(chǎng)效應(yīng)管

2.3交直流固態(tài)繼電器

a.光伏耦合器b.磁隔離

3.典型交直流固態(tài)繼電器原理分析

3.1交流固態(tài)繼電器（過零型）原理分析

固態(tài)繼電器由三部分組成：輸入電路、隔離（耦合）和輸出電路組成，在輸入電路控制端加入信號(hào)后，IC1光電耦合器內(nèi)光敏三極管呈導(dǎo)通狀態(tài)，R1串接電阻對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行限流，以保證光耦合器不致?lián)p壞。LED發(fā)光二極管指示輸入端控制信號(hào)，VD1可防止當(dāng)輸入信號(hào)正負(fù)極性接反時(shí)以保護(hù)光耦I(lǐng)C1。

V1在線路中起到交流電壓檢測(cè)作用，使固態(tài)繼電器在電壓過零時(shí)開啟、負(fù)載電流過零時(shí)關(guān)斷。當(dāng)IC1光敏三極管截止時(shí)（控制端無信號(hào)輸入時(shí)），V1通過R2獲得基極電流使之飽和導(dǎo)通,從而使SCR可控硅門極觸發(fā)電壓UGT被箝在低電位而處于關(guān)斷狀態(tài)，最終導(dǎo)致BTA雙向可控硅在門極控制端R6上無觸發(fā)脈沖而處于關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)IC1光敏三極管導(dǎo)通時(shí)（控制端有信號(hào)輸入時(shí)），SCR可控硅的工作狀態(tài)由交流電壓零點(diǎn)檢測(cè)三極管V1來確定其工作狀態(tài)。如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓大于過零電壓時(shí)（VA＞VBE1），V1處飽和導(dǎo)通狀態(tài)，SCR、BTA可控硅都處于關(guān)斷狀態(tài)；如電源電壓經(jīng)R2與R3分壓，A處電壓小于過零電壓時(shí)（VA＞VBE1）V1處截止?fàn)顟B(tài)，SCR可控硅通過R4獲得觸發(fā)信號(hào)而導(dǎo)通,從而使BTA在R6上也獲得觸發(fā)信號(hào)也呈導(dǎo)通狀態(tài),對(duì)負(fù)載電源進(jìn)行關(guān)斷控制。如此時(shí)控制端信號(hào)關(guān)斷后,負(fù)載電流也隨之減小至BTA雙向可控硅的維持電流IH時(shí)可自行關(guān)斷,切斷負(fù)載電源。

交流過零型固態(tài)繼電器，因有其電壓過零時(shí)開啟，負(fù)載電流過零時(shí)關(guān)斷的特性。它的最大接通、關(guān)斷時(shí)間是半個(gè)電源周期，在負(fù)載上可得到一個(gè)完整的正弦波形。也相應(yīng)的減少了對(duì)負(fù)載的沖擊。而在相應(yīng)的控制回路中產(chǎn)生的射頻干擾也大大減少。過零型與隨機(jī)型的工作波形圖分別見圖2和圖3。

在輸入控制回路中，電阻R1串接在IC1光電耦合器輸入端對(duì)其發(fā)光管進(jìn)行限流保護(hù)，發(fā)光管LED對(duì)輸入控制信號(hào)給予指示，VD1對(duì)輸入端的反偏電壓進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)控制端無信號(hào)輸入時(shí)，IC1光電耦合器中的光敏三極管呈截止高阻狀態(tài)，V1通過R2獲得其基極電流使之飽和導(dǎo)通,從而導(dǎo)致V2、V3、V4均處在截止?fàn)顟B(tài)，使其固態(tài)繼電器呈關(guān)斷狀態(tài)。

當(dāng)控制端有信號(hào)輸入時(shí)，IC1中光敏三極管導(dǎo)通，使V1呈截止?fàn)顟B(tài)，從而使V2、V3、V4導(dǎo)通使其固態(tài)繼電器呈接通狀態(tài)，并將電源加至負(fù)載上，直流固態(tài)繼電器的輸出端隨著輸入端信號(hào)的加入而導(dǎo)通，信號(hào)的消失而關(guān)斷。

另外，大功率低電壓的直流固態(tài)繼電器的輸出開關(guān)普遍采用功率場(chǎng)效應(yīng)管來替代功率三極管,以此來降低輸入功率。

4.選型使用時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

4.1在選用小電流規(guī)格印刷電路板使用的固態(tài)繼電器時(shí)，因引線端子為高導(dǎo)熱材料制成,焊接時(shí)應(yīng)在溫度小于250℃、時(shí)間小于10S的條件下進(jìn)行，如考慮周圍溫度的原因，必要時(shí)可考慮降額使用，一般將負(fù)載電流控制在額定值的1/2以內(nèi)使用。

4.2各種負(fù)載浪涌特性對(duì)SSR的選擇

許多被控負(fù)載在接通瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，由于熱量來不及散發(fā)，很可能使SSR內(nèi)部可控硅損壞,所以用戶在選用繼電器時(shí)應(yīng)對(duì)被控負(fù)載的浪涌特性進(jìn)行分析,然后再選擇繼電器。使繼電器在保證穩(wěn)態(tài)工作前提下能夠承受這個(gè)浪涌電流，選擇時(shí)可參考表2各種負(fù)載時(shí)的降額系數(shù)（常溫下）。

如所選用的繼電器需在工作較頻繁、壽命以及可靠性要求較高的場(chǎng)合工作時(shí)，則應(yīng)在表2的基礎(chǔ)上再乘以0.6以確保工作可靠。

一般在選用時(shí)遵循上述原則，在低電壓要求信號(hào)失真小可選用采用場(chǎng)效應(yīng)管作輸出器件的直流固態(tài)繼器；如對(duì)交流阻性負(fù)載和多數(shù)感性負(fù)載，可選用過零型繼電器，這樣可延長(zhǎng)負(fù)載和繼電器壽命，也可減小自身的射頻干擾。如作為相位輸出控制時(shí)，應(yīng)選用隨機(jī)型固態(tài)繼電器。

4.3使用環(huán)境溫度的影響

固態(tài)繼電器的負(fù)載能力受環(huán)境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過程中,應(yīng)保證其有良好的散熱條件，額定工作電流在10A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器，100A以上的產(chǎn)品應(yīng)配散熱器加風(fēng)扇強(qiáng)冷。在安裝時(shí)應(yīng)注意繼電器底部與散熱器的良好接觸，并考慮涂適量導(dǎo)熱硅脂以達(dá)到最佳散熱效果。

如繼電器長(zhǎng)期工作在高溫狀態(tài)下（40℃～80℃）時(shí)，用戶可根據(jù)廠家提供的最大輸出電流與環(huán)境溫度曲線數(shù)據(jù)，考慮降額使用來保證正常工作。

4.4過流、過壓保護(hù)措施

在繼電器使用時(shí)，因過流和負(fù)載短路會(huì)造成SSR內(nèi)部輸出可控硅永久損壞,可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開關(guān)予以保護(hù)型（選擇繼電器應(yīng)選擇產(chǎn)品輸出保護(hù),內(nèi)置壓敏電阻吸收回路和RC緩沖器,可吸收浪涌電壓和提高dv/dt耐量）；也可在繼電器輸出端并接RC吸收回路和壓敏電阻（MOV）來實(shí)現(xiàn)輸出保護(hù)。選用原則是220V選用500V-600V壓敏電阻，380V時(shí)可選用800V-900V壓敏電阻。

4.5繼電器輸入回路信號(hào)

在使用時(shí)因輸入電壓過高或輸入電流過大超出其規(guī)定的額定參數(shù)時(shí),可考慮在輸入端串接分壓電阻或在輸入端口并接分流電阻,以使輸入信號(hào)不超過其額定參數(shù)值。

4.6在具體使用時(shí),控制信號(hào)和負(fù)載電源要求穩(wěn)定，波動(dòng)不應(yīng)大于10%，否則應(yīng)采取穩(wěn)壓措施。

4.7在安裝使用時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電磁干擾,射頻干擾源，以防繼電器誤動(dòng)失控。

4.8固態(tài)繼電器開路且負(fù)載端有電壓時(shí),輸出端會(huì)有一定的漏電流，在使用或設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。

4.9固態(tài)繼電器失效更換時(shí),應(yīng)盡量選用原型號(hào)或技術(shù)參數(shù)完全相同的產(chǎn)品，以便與原應(yīng)用線路匹配，保證系統(tǒng)的可靠工作。