固态继电器

固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。

中文名

固态继电器

外文名

Solid State Relay

简称

SSR

解释

由微电子电路

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固态继电器(SOLIDSTATERELAYS,以下简写成“SSR”),是一种全部由固态电子元件组成的***无触点开关器件,它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性,可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的,因此又被称为“无触点开关”。固态继电器是一种四端有源器件,其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端.它既有放大驱动作用,又有隔离作用,很适合驱动大功率开关式执行机构,较之电磁继电器可靠性更高,且无触点、寿命长、速度快,对外界的干扰也小,已被得到***应用。

原理

SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类,它们分别在交流或直流电源上做负载的开关,不能混用。下面以交流型的SSR为例来说明它的工作原理,图1是它的工作原理框图,图1中的部件①～④构成交流SSR的主体,从整体上看,SSR只有两个输入端(A和B)及两个输出端(C和D),是一种四端器件。

工作时只要在A、B上加上一定的控制信号,就可以控制C、D两端之间的“通”和“断”,实现“开关”的功能,其中耦合电路的功能是为A、B端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道,但又在电气上断开SSR中输入端和输出端之间的(电)联系,以防止输出端对输入端的影响,耦合电路用的元件是“光耦合器”,它动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高;由于输入端的负载是发光二极管,这使SSR的输入端很容易做到与输入信号电平相匹配,在使用时可直接与计算机输出接口相接,即受“1”与“0”的逻辑电平控制。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号,驱动开关电路④工作,但由于开关电路在不加特殊控制电路时,将产生射频干扰并以高次谐波或尖峰等污染电网,为此特设“过零控制电路”。所谓“过零”是指,当加入控制信号,交流电压过零时,SSR即为通态;而当断开控制信号后,SSR要等待交流电的正半周与负半周的交界点(零电位)时,SSR才为断态。这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。吸收电路是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌(电压)对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰(甚至误动作)而设计的,一般是用“R-C”串联吸收电路或非线性电阻(压敏电阻器)。

用途

***的固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。

固态继电器已***应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统；仪器仪表、医疗器械、复印机、自动洗衣机；自动消防，保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等等，另外在化工、煤矿等需防爆、防潮、防腐蚀场合中都有大量使用。

特点

固态继电器是具有隔离功能的无触点电子开关，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置***制，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也***，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频***等特点。

(1)SSR内部无机械部件,结构上采用了灌注全密封方式,因此,SSR具有耐振、***、长寿命及高可靠等优点,其开关寿命高达1010万次;

(2)低噪声:交流型SSR采用了过零触发技术,因此在线路上有效地降低了电压上升速率dv/dt和电流上升速率di/dt值,使SSR长期工作时对市电的干扰极小;

(3)开关时间短,约为10ms,可应用在频率较高的场合;

(4)输入电路与输出电路之间采用光电隔离,绝缘电压2500V以上;

(5)输入功耗很低,与TTL,COMS电路兼容;

(6)输出端有保护电路;

(7)负载能力强。

优点

（1）高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，由固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。

（2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好：固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。

（3）快速转换：固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微秒。

（4）电磁干扰小：固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。

缺点

（1）导通后的管压降大，可控硅或双向控硅的正向降压可达1~2V，大功率晶体管的饱和压降也在1~2V之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。

（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，***也较高。

（4）电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作可靠性低。

（5）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。

（6）主要不足是存在通态压降（需相应散热措施），有断态漏电流，交直流不能通用，触点组数少，另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。

结构

固态继电器由三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。

配用适当的散热器

除了额定电流1—5A直接安装在印刷线路板上的固态继电器以外，其余都应配置适当的散热器，而且SSR底板与散热器之间要涂上导热硅脂，两者紧密接触，用螺丝拧紧。

下面***一些规格SSR所用的散热器，给用户做参考。随着使用条件的不同，用户再做适当的调整。

保护SSR

A、过流保护。SSR是半导体功率器件，对温度变化极为敏感，过流会使SSR损坏，通常使用快速熔断器。但要了解它的保护特性，知道其熔断电流与时间的关系，正确选择与SSR标称电流相适应的快熔。

B、加RC吸收回路。加RC回路不但有防止过电压的作用，而且对改善dv/dt有好处。建议R为20—100Ω，功率为2—5W，C为0.1—0.47uf,耐压为250—630v. SSR标称电流小R取上限100Ω，C取下限0.1uf,反之，R取小值，C取大值。

C、过热保护

SSR过热，特性下降，轻则失控重则造成***性损坏，建议在靠近SSR底板处加装温控开关，温控点在75到80℃.

D、在电感负载中串接电感L。在感应负载里，通常因电流变化率di/dt高而使SSR损坏。L电感量多大，这要根据体积大小和***高低而定。