中心議題：

• 固態繼電器的分類與工作原理
• 固態繼電器選型使用時應注意事項

解決方案：

• 良好的散熱條件
• 控製信號和負載電源要求穩定
• 安裝使用時應遠離電磁幹擾

1.什麼是固態繼電器，有什麼優缺點？

固態繼電器（亦稱固體繼電器）英文名稱為SolidStateRelay
，簡稱SSR。它是用半導體器件代替傳統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相SSRweisiduanyouyuanqijian，qizhonglianggeshurukongzhiduan，lianggeshuchuduan
，shurushuchujianweiguanggeli，shuruduanjiashangzhiliuhuomaichongxinhaodaoyidingdianliuzhihou，shuchuduanjiunengcongduantaizhuanbianchengtongtai。

固態繼電器工作可靠
，壽命長
，無噪聲，無火花，無電磁幹擾，開關速度快，抗幹擾能力強，且體積小
，耐衝擊，耐振蕩
，防爆、防潮、防腐蝕
、能與TTL、DTL、HTL等邏輯電路兼容，以微小的控製信號達到直接驅動大電流負載。主要不足是存在通態壓降（需相應散熱措施），有斷態漏電流，交直流不能通用，觸點組數少，另外過電流、過電壓及電壓上升率
、電流上升率等指標差。

2.固態繼電器可應用於哪些場合？

固態繼電器目前已廣泛應用於計算機外圍接口裝置，電爐加熱恒溫係統
，數控機械，遙控係統、工業自動化裝置

；信號燈、閃爍器
、照明舞台燈光控製係統

；儀器儀表、醫療器械、複印機、自動洗衣機

；自動消防，保安係統，以及作為電網功率因素補償的電力電容的切換開關等等，另外在化工、煤礦等需防爆

、防潮
、防腐蝕場合中都有大量使用。

3.固態繼電器可分為哪些類型
？

交流固態繼電器按開關方式分有電壓過零導通型（簡稱過零型）和隨機導通型（簡稱隨機型）；按輸出開關元件分有雙向可控矽輸出型（普通型）和單向可控矽反並聯型（增強型）；按安裝方式分有印刷線路板上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底板上的裝置式（靠散熱器冷卻）
；另外輸入端又有寬範圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。

4.過零型SSR與隨機型SSR在用途上有什麼區別？

過零型SSR用作“開關”切換（從“開關”切換功能而言即等同於普通的繼電器或接觸器）


，我們通常講的固態繼電器多數都為過零型（過零型SSR隻能“開關”不能“調壓”）。

隨機型SSR主要用於“斬波調壓”（但隨機型SSR的控製信號必須為與電網同步且上升沿可在0°-180°範圍內改變的方波信號時才能實現調壓，單一電壓信號或0-5V的模擬信號並不能使其調壓，從“調壓”功能的角度講隨機型SSR完全不同於普通的繼電器或接觸器）。有一點必須強調，各類調壓模塊或固態繼電器內部作為輸出觸點的器件均為可控矽
，且都是依靠改變可控矽導通角來達到“調壓”的目的，故輸出的電壓波形均為“缺角”的正弦波（不同於自耦調壓器輸出的完整正弦波），因此存在高次諧波

，有一定噪音
，電網有一定“汙染”（國內外同類產品均相同，這是由斬波調壓原理決定的）。

固態繼電器的分類與工作原理

固態繼電器(SolidStateRelays,縮寫SSR)是一種無觸點電子開關
，由分立元器件、膜固定電阻網絡和芯片，采用混合工藝組裝來實現控製回路(輸入電路)與負載回路(輸出電路)dediangelijixinhaoouhe，yougutaiqijianshixianfuzaidetongduanqiehuangongneng

，neibuwurenhekedongbujian。jinguanshichangshangdegutaijidianqixinghaoguigefanduo，dantamendegongzuoyuanlijibenshangshixiangside。zhuyaoyoushuru(控製)電路，驅動電路和輸出(負載)電路三部分組成。
　　
固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)路(lu)是(shi)為(wei)輸(shu)入(ru)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)回(hui)路(lu)，使(shi)之(zhi)成(cheng)為(wei)固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)源(yuan)。固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)路(lu)多(duo)為(wei)直(zhi)流(liu)輸(shu)入(ru)
，個(ge)別(bie)的(de)為(wei)交(jiao)流(liu)輸(shu)入(ru)。直(zhi)流(liu)輸(shu)入(ru)電(dian)路(lu)又(you)分(fen)為(wei)阻(zu)性(xing)輸(shu)入(ru)和(he)恒(heng)流(liu)輸(shu)入(ru)。阻(zu)性(xing)輸(shu)入(ru)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)控(kong)製(zhi)電(dian)流(liu)隨(sui)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)呈(cheng)線(xian)性(xing)的(de)正(zheng)向(xiang)變(bian)化(hua)。恒(heng)流(liu)輸(shu)入(ru)電(dian)路(lu)
，在(zai)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)值(zhi)時(shi)，電(dian)流(liu)不(bu)再(zai)隨(sui)電(dian)壓(ya)的(de)升(sheng)高(gao)而(er)明(ming)顯(xian)增(zeng)大(da)，這(zhe)種(zhong)繼(ji)電(dian)器(qi)可(ke)適(shi)用(yong)於(yu)相(xiang)當(dang)寬(kuan)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)。
　　
固態繼電器的驅動電路可以包括隔離耦合電路
、功能電路和觸發電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光－三極管、光－雙向可控矽

、光－二極管陣列(光－伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下
，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號傳遞到變壓器次級。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護、顯示等各種功能電路。觸發電路的作用是給輸出器件提供觸發信號。
　　
固態繼電器的輸出電路是在觸發信號的控製下
，實現固態繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態抑製作用的吸收回路組成，有時還包括反饋電路。目前，各種固態繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)


、單向可控矽(Thyristor或SCR)

、雙向可控矽(Triac)
、MOS場效應管(MOSFET)
、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。

固態繼電器原理固態繼電器(SolidstateRelay,SSR)是一種由固態電子組件組成的新型無觸點開關，利用電子組件（如開關三極管、雙向可控矽等半導體組件）的開關特性，達到無觸點、無火花

、而能接通和斷開電路的目的
，因此又被稱為“無觸點開關”。相對於以往的“線圈—簧片觸點式”繼電器(ElectromechanicalRelay,EMR)，SSR沒有任何可動的機械零件
，工作中也沒有任何機械動作，具有超越EMR的優勢，如反應快、可靠度高、壽命長（SSR的開關次數可達108"109次，比一般EMR的106高出百倍）、無動作噪聲、耐震、耐機械衝擊
、具有良好的防潮防黴防腐特性。這些特點使SSR在軍事、化工、和各種工業民用電控設備中均有廣泛應用。
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固態繼電器的控製信號所需的功率極低
，因此可以用弱信號控製強電流。同時交流型的SSR采用過零觸發技術
，使SSR可以安全地用在計算機輸出接口，不會像EMR那樣產生一係列對計算機的幹擾
，甚至會導致嚴重當機。比較常用的是DIP封裝的型式。控製電壓和負載電壓按使用場合可以分成交流和直流兩大類
，因此會有DC-AC
、DC-DC
、AC-AC

、AC-DC四種型式，它們分別在交流或直流電源上做負載的開關
，不能混用.

按負載電源的類型不同可將SSR分為交流固態繼電器(AC—SSR)和直流固態繼電器(DC—SSR)。AC—SSR是以雙向晶閘管作為開關器件，用來接通或斷開交流負載電源的固態繼電器。AC—SSR的控製觸發方式不同，又可分為過零觸發型和隨機導通型兩種。過零觸發型AC—SSR是當控製信號輸入後
，在交流電源經過零電壓附近時導通
，故幹擾很小。隨機導通型AC—SSR則是在交流電源的任一相位上導通或關斷
，因此在導通瞬間可能產生較大的幹擾。

工作原理
　　
過零觸發型AC—SSR為四端器件，其內部電路如圖1所示。1、2為輸入端
，3、4為輸出端。R0為限流電阻
，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開，V1構成反相器
，R4、R5、V2和晶閘管V3組成過零檢測電路，UR為雙向整流橋
，由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開啟的雙向觸發脈衝，R3、R7為分流電阻，分別用來保護V3和V4，R8和C組成浪湧吸收網絡，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪湧電流，防止對開關電路產生衝擊或幹擾。



要指出的是所謂“過零”並非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在10～25V或-(10～25)V區域內進行觸發，如圖2所示。圖中交流電壓分三個區域，Ⅰ區為-10V～+10V範圍，稱為死區，在此區域中加入輸入信號時不能使SSR導通。Ⅱ區為10～25V和-(10～25)V範圍，稱為響應區，在此區域內隻要加入輸入信號，SSR立即導通。Ⅲ區為幅值大於25V的範圍，稱為抑製區在此區域內加入輸入信號
，SSR的導通被抑製。

當輸入端未加電壓信號時
，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和
，V3和V4因無觸發電壓而截止
，此時SSR關閉。當加入輸入信號時
，光耦合器中的發光二極管發光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時若V3兩端電壓在-(10～25)V或10～25V範圍內時
，隻要適當選擇分壓電阻R4和R5
，就可使V2截止
，這樣使V3觸發導通，從而使V4的控製極上得到從R6→UR→V3→UR→R7或反方向的觸發脈衝，而使V4導通，使負載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的Ⅲ區內時，則因V2飽和而抑製V3和V4的導通，而使SSR被抑製

，從而實現了過零觸發控製。由於10～25V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過零電壓粗略地定義為0～±25V，即認為在此區域內，隻要加入輸入信號，過零觸發型AC—SSR都能導通。
　　
當輸入端電壓信號撤除後
，光耦合器中的光敏晶體管截止
，V1飽和，V3截止
，但此時V4仍保持導通
，直到負載電流隨電源電壓減小到小於雙向晶閘管的維持電流時，SSR才轉為截止。
　　
SSR的輸出端器件可分為雙向晶閘管和兩隻單向晶閘管反並聯形式。若負載為電動機一類的感性負載，則其靜態電壓上升率dv/dt是一個重要參數。由於單向晶閘管靜態電壓上升率(200V/μs)大大高於雙向晶閘管的換向指標(10V/μs)，因此若采用兩隻大功率單向晶閘管反並聯代替雙向晶閘管，一方麵可提高輸出功率；另一方麵也可提高耐浪湧電流的衝擊能力，這種SSR稱為增強型SSR。

選型使用時應注意事項

在選用小電流規格印刷電路板使用的固態繼電器時，因引線端子為高導熱材料製成,焊接時應在溫度小於250℃、時間小於10S的條件下進行，如考慮周圍溫度的原因，必要時可考慮降額使用
，一般將負載電流控製在額定值的1/2以內使用。

各種負載浪湧特性對SSR的選擇,許多被控負載在接通瞬間會產生很大的浪湧電流，由於熱量來不及散發
，很可能使SSR內部可控矽損壞,所以用戶在選用繼電器時應對被控負載的浪湧特性進行分析,然後再選擇繼電器。使繼電器在保證穩態工作前提下能夠承受這個浪湧電流
，選擇時可參考表2各種負載時的降額係數(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合工作時，則應在表2的基礎上再乘以0.6以確保工作可靠。

一般在選用時遵循上述原則，在低電壓要求信號失真小可選用采用場效應管作輸出器件的直流固態繼器；如(ru)對(dui)交(jiao)流(liu)阻(zu)性(xing)負(fu)載(zai)和(he)多(duo)數(shu)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)
，可(ke)選(xuan)用(yong)過(guo)零(ling)型(xing)繼(ji)電(dian)器(qi)
，這(zhe)樣(yang)可(ke)延(yan)長(chang)負(fu)載(zai)和(he)繼(ji)電(dian)器(qi)壽(shou)命(ming)，也(ye)可(ke)減(jian)小(xiao)自(zi)身(shen)的(de)射(she)頻(pin)幹(gan)擾(rao)。如(ru)作(zuo)為(wei)相(xiang)位(wei)輸(shu)出(chu)控(kong)製(zhi)時(shi)，應(ying)選(xuan)用(yong)隨(sui)機(ji)型(xing)固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)。

使用環境溫度的影響，固態繼電器的負載能力受環境溫度和自身溫升的影響較大，在安裝使用過程中,應保證其有良好的散熱條件
，額定工作電流在10A以上的產品應配散熱器，100A以(yi)上(shang)的(de)產(chan)品(pin)應(ying)配(pei)散(san)熱(re)器(qi)加(jia)風(feng)扇(shan)強(qiang)冷(leng)。在(zai)安(an)裝(zhuang)時(shi)應(ying)注(zhu)意(yi)繼(ji)電(dian)器(qi)底(di)部(bu)與(yu)散(san)熱(re)器(qi)的(de)良(liang)好(hao)接(jie)觸(chu)，並(bing)考(kao)慮(lv)塗(tu)適(shi)量(liang)導(dao)熱(re)矽(gui)脂(zhi)以(yi)達(da)到(dao)最(zui)佳(jia)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)。如(ru)繼(ji)電(dian)器(qi)長(chang)期(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)高(gao)溫(wen)狀(zhuang)態(tai)下(xia)(40℃~80℃)時
，用戶可根據廠家提供的最大輸出電流與環境溫度曲線數據，考慮降額使用來保證正常工作。

D過流
、過壓保護措施，在繼電器使用時，因過流和負載短路會造成SSR內部輸出可控矽永久損壞,可考慮在控製回路中增加快速熔斷器和空氣開關予以保護型(選擇繼電器應選擇產品輸出保護,內置壓敏電阻吸收回路和RC緩衝器,可吸收浪湧電壓和提高dv/dt耐量）
；也可在繼電器輸出端並接RC吸收回路和壓敏電阻(MOV)來實現輸出保護。選用原則是220V選用500V-600V壓敏電阻，380V時可選用800V-900V壓敏電阻。

E繼電器輸入回路信號，在使用時因輸入電壓過高或輸入電流過大超出其規定的額定參數時,可考慮在輸入端串接分壓電阻或在輸入端口並接分流電阻,以使輸入信號不超過其額定參數值。

在具體使用時,控製信號和負載電源要求穩定

，波動不應大於10%
，否則應采取穩壓措施。

在安裝使用時應遠離電磁幹擾,射頻幹擾源，以防繼電器誤動失控。

固態繼電器開路且負載端有電壓時,輸出端會有一定的漏電流，在使用或設計時應注意。

固態繼電器失效更換時,應盡量選用原型號或技術參數完全相同的產品，以便與原應用線路匹配，保證係統的可靠工作