固態繼電器的應用和特性

原標題：固態繼電器的應用和特性

固態繼電器(solidstate relay，簡稱SSR)是把光控晶閘管和發光二極管封裝在一起，兩者間保證電的隔離，只有光的聯繫，和繼電器裏的線圈與接點互相隔離一樣，通過發光管的亮和滅就能控制晶閘管電路的通斷，其功能與普通電磁繼電器一樣。固態繼電器除了在電路通斷過程中無機械運動、無接點、因而沒有磨損和火花之外，又把弱電控制信號和強電被控制電路隔離開來，把繼電器的功能和優點都體現了出來，同時由克服了繼電器的缺點。

固態繼電器的原理如圖1所示：

圖1

固態繼電器原理

控制電路的直流電壓經過限流電阻R1後，得到大約10-20mA的電流，使發光管D發亮，引起小功率光控晶閘管(在此是雙向晶閘管)TRIAC1導通，用它觸發主電路里的大功率雙向晶閘管TRIAC2，使之導通，於是負載L得電。圖中其餘電阻電容爲過壓保護及限流之用。

由圖可知，固態繼電器有四個引出端，其中兩個標有正負號的應按照極性接直流觸發信號，其電流不可太大，一般在25mA以下，以免燒燬發光管。另外兩個標有“AC”或“~”的端子和負載串聯後接在交流電路里。如果被控制的功率大，這兩個端子上的導線應該較粗。

固態繼電器的種類相當多，其中爲控制直流電路而用的直流固態繼電器，常常是由光電隔離線路和大功率晶體管組合而成的。應用最廣泛的還是交流固態繼電器。但是後者也並不都是用雙向晶閘管(TRIAC)構成的，有的是用兩個普通晶閘管(SCR)，以反向並聯的方式控制交流主電路的。就其觸發方式來看，雖然多半用過零觸發的方式(也叫零壓型，或“Z”型)，但是也有移相觸發的(也叫調相型，或“P”型)品種，固態繼電器採用移相觸發時會產生較大的高次諧波電磁干擾。

固態繼電器應用

①國外的SSR觸發信號(即通過發光管的電流)推薦值爲直流10mA，國產的SSR觸發信號推薦值爲直流12-25mA。

②多個SSR可以用同一個觸發信號，這在三相交流負載的控制上常常用到。例如，用兩個SSR分別串聯在兩個相里另外一相不控制，這種情況下兩個SSR必須同時通斷，用同一觸發信號就可以保證同時動作。這時把兩個SSR 的觸發電路串起來驅動，每一個SSR按4V壓降考慮，12V可驅動三個。

③用SSR控制三相電動機換向時，可用四個SSR分則接在正反轉電路里，另一相不控制，但是要特別注意：必須在電機停穩之後才允許換向，以免正在導通的SSR尚未關斷就導通了另外的SSR。

④用SSR也要注意保護，用快速熔斷器時，建議按額定工作電流的1.2倍選用。

⑤固態繼電器的交流工作電壓有220V和380V等規格，交流工作電流有1A，3A，5A，10A等規格，外形尺寸及安裝方式也不盡相同，選用時要注意。

固態繼電器的驅動信號通常來自溫控器或者移相觸發器，如果要熟練使用固態繼電器，一般多用於溫控器或者移相觸發器。

固態繼電器的作用及優缺點

SSR固態繼電器是一種新型無觸點開關器件，在接通和斷開的過程中不會產生觸點以及火花。固態繼電器的作用在於，它既能夠儘可能地使驅動功能強化，又具備了強大的隔離功能，在開關過程中無機械接觸部件，因此固態繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械衝擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防黴防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。

固態繼電器分類

SSR固態繼電器是由微電子電路、分立電子器件以及電力電子功率器件組成的無觸點開關。對固態繼電器的分類可以從以下幾點着手：從使用的場合角度來說，固態繼電器可以分爲交流型和直流型；從開關方式角度來說，固態繼電器可以分爲電壓過零導通型和隨機導通型；從輸出的開關元件角度來說，固態繼電器可以分爲雙向可控硅輸出型和單向可控硅反並聯型；從安裝方式角度來說，固態繼電器可分爲印刷路板上用的針插式和固定在金屬底板上的裝置式；從輸入端角度來說，固態繼電器可以分爲恆流源型和串電阻限流型；從觸發形式角度來說，固態繼電器可以分爲零壓型和調相型。

固態繼電器特點

1、SSR內部無機械部件,結構上採用了灌注全密封方式,因此,SSR具有耐振、耐腐蝕、長壽命及高可靠等優點,其開關壽命高達1010萬次。

2、低噪聲:交流型SSR採用了過零觸發技術,因此在線路上有效地降低了電壓上升速率dv/dt和電流上升速率di/dt值,使SSR長期工作時對市電的干擾極小。

3、開關時間短,約爲10ms,可應用在頻率較高的場合。

4、輸入電路與輸出電路之間採用光電隔離,絕緣電壓2500V以上。

5、輸入功耗很低,與TTL，COMS電路兼容。

6、輸出端有保護電路。

7、負載能力強。

SSR固態繼電器優點

1、高壽命，高可靠：固態繼電器沒有機械零部件，由固體器件完成觸點功能，由於沒有運動的零部件，因此能在高衝擊，振動的環境下工作，由於組成固態繼電器的元器件的固有特性，決定了固態繼電器的壽命長，可靠性高。

2、靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態繼電器的輸入電壓範圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩衝器或驅動器。

3、快速轉換：固態繼電器因爲採用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。

4、電磁干擾小：固態繼電器沒有輸入“線圈”，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態效應。

SSR固態繼電器缺點

1、導通後的管壓降大，可控硅或雙向控硅的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2V之間，一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。

2、半導體器件關斷後仍可有數微安至數毫安的漏電流，因此不能實現理想的電隔離。

3、由於管壓降大，導通後的功耗和發熱量也大，大功率固態繼電器的體積遠遠大於同容量的電磁繼電器，成本也較高。

4、電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不採取有效措施，則工作可靠性低。

5、固態繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態繼電器的負載與環境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。

6、SSR固態繼電器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。

固態繼電器的應用現狀分析

單相固態繼電器和三相固態繼電器具有直流輸入控制、交流過零導通和過零關斷輸出的特點。在對電流進行控制的操作中，單相/三相固態繼電器可以從零電壓起發動，並能夠在將di/dt比值降低後減小對電網輻射的影響，而且還可以確保發動時的穩定性。此外，在零電壓關斷時，其仍然可以通過將負載的反電動勢降低下對固態繼電器及其他的使用電器進行保護。

固態繼電器作爲一種由微電子電路、分立電子器件以及電力電子功率器件組成的新型無觸點開關器件，具有可靠性高、壽命長、受電磁干擾影響小、轉換速度快、輸入功率低等特點。與傳統的機電繼電器相比，固態繼電器具有十足的優勢所在，以此確保了其在目前各行業領域中的應用價值。