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1用途

專用的固態(tài)繼電器可以具有短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能，與組合邏輯固化封裝就可以實(shí)現(xiàn)用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統(tǒng)中。

固態(tài)繼電器已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外圍接口設(shè)備、恒溫系統(tǒng)、調(diào)溫、電爐加溫控制、電機(jī)控制、數(shù)控機(jī)械，遙控系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化裝置；信號(hào)燈、調(diào)光、閃爍器、照明舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)；儀器儀表、醫(yī)療器械、復(fù)印機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)；自動(dòng)消防，保安系統(tǒng)，以及作為電網(wǎng)功率因素補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娙莸那袚Q開(kāi)關(guān)等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場(chǎng)合中都有大量使用

2特點(diǎn)

固態(tài)繼電器是具有隔離功能的無(wú)觸點(diǎn)電子開(kāi)關(guān)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中無(wú)機(jī)械接觸部件，因此固態(tài)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(jī)械沖擊，安裝位置無(wú)限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也，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(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)

（1）高壽命，高可靠：固態(tài)繼電器沒(méi)有機(jī)械零部件，由固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒(méi)有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。

（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。

（3）快速轉(zhuǎn)換：固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。

（4）電磁干擾?。汗虘B(tài)繼電器沒(méi)有輸入“線圈”，沒(méi)有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開(kāi)關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開(kāi)關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。

缺點(diǎn)

（1）導(dǎo)通后的管壓降大，可控硅或雙向控硅的正向降壓可達(dá)1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2V之間，一般功率場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻也較機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻大。

（2）半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實(shí)現(xiàn)理想的電隔離。

（3）由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大，大功率固態(tài)繼電器的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于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*力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。

（5）固態(tài)繼電器對(duì)過(guò)載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對(duì)其進(jìn)行過(guò)載保護(hù)。固態(tài)繼電器的負(fù)載與環(huán)境溫度明顯有關(guān)，溫度升高，負(fù)載能力將迅速下降。

（6）主要不足是存在通態(tài)壓降（需相應(yīng)散熱措施），有斷態(tài)漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，另外過(guò)電流、過(guò)電壓及電壓上升率、電流上升率等指標(biāo)差。

3結(jié)構(gòu)

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。

輸入電路

按輸入電壓的不同類別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能，可以方便的與TTL,MOS邏輯電路連接。

對(duì)于控制電壓固定的控制信號(hào)，采用阻性輸入電路。控制電流保證在大于5mA。對(duì)于大的變化范圍的控制信號(hào)（如3~32V）則采用恒流電路，保證在整個(gè)電壓變化范圍內(nèi)電流在大于5mA可靠工作。

隔離耦合

固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種：光電耦合通常使用光電二極管—光電三極管，光電二極管—雙向光控可控硅，光伏電池，實(shí)現(xiàn)控制側(cè)與負(fù)載側(cè)隔離控制；高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號(hào)產(chǎn)生的自激高頻信號(hào)經(jīng)耦合到次級(jí)，經(jīng)檢波整流，邏輯電路處理形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

輸出電路

SSR的功率開(kāi)關(guān)直接接入電源與負(fù)載端，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管（開(kāi)關(guān)管-Transistor），單向可控硅（Thyristor或SCR），雙向可控硅（Triac），功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），絕緣柵型雙極晶體管（IGBT）。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。按負(fù)載類型，可分為直流固態(tài)繼電器和交流固態(tài)繼電器。直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管，交流輸出時(shí)通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅。而交流固態(tài)繼電器又可分為單相交流固態(tài)繼電器和三相交流固態(tài)繼電器。交流固態(tài)繼電器，按導(dǎo)通與關(guān)斷的時(shí)機(jī)，可分為隨機(jī)型交流固態(tài)繼電器和過(guò)零型交流固態(tài)繼電器。

如何配用適當(dāng)?shù)纳崞?/p>

除了額定電流1—直接安裝在印刷線路板上的固態(tài)繼電器以外，其余都應(yīng)配置適當(dāng)?shù)纳崞鳎襍SR底板與散熱器之間要涂上導(dǎo)熱硅脂，兩者緊密接觸，用螺絲擰緊。

下面推薦一些規(guī)格SSR所用的散熱器，給用戶做參考。隨著使用條件的不同，用戶再做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

如何保護(hù)SSR

A、過(guò)流保護(hù)。SSR是半導(dǎo)體功率器件，對(duì)溫度變化極為敏感，過(guò)流會(huì)使SSR損壞，通常使用快速熔斷器。但要了解它的保護(hù)特性，知道其熔斷電流與時(shí)間的關(guān)系，正確選擇與SSR標(biāo)稱電流相適應(yīng)的快熔。

B、加RC吸收回路。加RC回路不但有防止過(guò)電壓的作用，而且對(duì)改善dv/dt有好處。建議R為20—100Ω，功率為2—5W，C為0.1—0.47uf,耐壓為250—630v. SSR標(biāo)稱電流小R取上限100Ω，C取下限0.1uf,反之，R取小值，C取大值。

C、過(guò)熱保護(hù)

SSR過(guò)熱，特性下降，輕則失控重則造成性損壞，建議在靠近SSR底板處加裝溫控開(kāi)關(guān)，溫控點(diǎn)在75到80℃.

D、在電感負(fù)載中串接電感L。在感應(yīng)負(fù)載里，通常因電流變化率di/dt高而使SSR損壞。L電感量多大，這要根據(jù)體積大小和成本高低而定。

4選購(gòu)

如何選擇SSR的型號(hào)規(guī)格

主要是選取適當(dāng)?shù)念~定電流的固態(tài)繼電器（SSR）除特別說(shuō)明以外，整流、可控等功率模塊亦然。

根據(jù)不同的負(fù)載類型來(lái)選用SSR的額定電流。阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載在剛起動(dòng)時(shí)瞬時(shí)電流較大。即使是純阻性，由于具有正溫度系數(shù)，冷態(tài)時(shí)電阻值較小，因而有較大的起動(dòng)電流。電爐剛接通時(shí)電流為穩(wěn)定時(shí)的1.3—1.4倍。白熾燈接通時(shí)電流為穩(wěn)態(tài)10倍。有些金屬鹵化物燈不但開(kāi)啟時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10分鐘，而且有高達(dá)100倍穩(wěn)態(tài)時(shí)的脈沖電流。

異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流為額定值的5—7倍，直流電機(jī)起動(dòng)電流還要大。不但如此，感性負(fù)載還具有較高的反電勢(shì)。這是一個(gè)不定值，隨L和di/dt的不同而不同。通常為電源電壓的1—2倍，這樣和電源電壓疊加。有高達(dá)三倍的電源電壓。

容性負(fù)載具有更大的危險(xiǎn)性，因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)，由于電容器兩端的電壓不能突變，電容器（負(fù)載）相當(dāng)于短路。這種負(fù)載在選型時(shí)更要特別注意。

需要特別指出的是用戶不要將SSR的浪涌電流值作為選擇負(fù)載起動(dòng)電流的依據(jù)。SSR的浪涌電流值是以晶閘管浪涌電流為標(biāo)準(zhǔn)的。它的前提條件是半個(gè)（或一個(gè)）電源周波。即10或20ms。而前述啟動(dòng)過(guò)程，少則幾百毫秒、幾分鐘，多則高達(dá)10分鐘。這點(diǎn)務(wù)必敬請(qǐng)高度注意。

選型方法

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。[2] 

2. 各種負(fù)載浪涌特性對(duì)固態(tài)繼電器SSR的選擇

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(lái)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(guò)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。

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(guò)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)廠家提供的大輸出電流與環(huán)境溫度曲線數(shù)據(jù)，考慮降額使用來(lái)保證正常工作。

4. 過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)措施

在繼電器使用時(shí)，因過(guò)流和負(fù)載短路會(huì)造成SSR固態(tài)繼電器內(nèi)部輸出可控硅損壞 ,可考慮在控制回路中增加快速熔斷器和空氣開(kāi)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(lái)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。

5. 繼電器輸入回路信號(hào)

在使用時(shí)因輸入電壓過(guò)高或輸入電流過(guò)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(guò)其額定參數(shù)值。

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。

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。

8. 固態(tài)繼電器開(kāi)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。

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)*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。

交流固態(tài)繼電器按開(kāi)關(guān)方式分有電壓過(guò)零導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱過(guò)零型）和隨機(jī)導(dǎo)通型（簡(jiǎn)稱隨機(jī)型）；

按輸出開(kāi)關(guān)元件分有雙向可控硅輸出型（普通型）和單向可控硅反并聯(lián)型（增強(qiáng)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）；

另外輸入端又有寬范圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。

SSR固態(tài)繼電器以觸發(fā)形式，可分為零壓型（Z）和調(diào)相型（P）兩種。

在輸入端施加合適的控制信號(hào)VIN時(shí)，P型SSR立即導(dǎo)通。當(dāng)VIN撤銷后，負(fù)載電流低于雙向可控硅維持電流時(shí)（交流換向）SSR關(guān)斷。Z型SSR內(nèi)部包括過(guò)零檢測(cè)電路，在施加輸入信號(hào)VIN時(shí)，只有當(dāng)負(fù)載電源電壓達(dá)到過(guò)零區(qū)時(shí)SSR才能導(dǎo)通，并有可能造成電源半個(gè)周期的大延時(shí)。Z型SSR關(guān)斷條件同P型，但由于負(fù)載工作電流近似正弦波,高次諧波干擾小，所以應(yīng)用廣泛。SSR由于采用輸出器件不同，有普通型（S采用雙向可控硅元件）和增強(qiáng)型（HS采用單向可控硅元件）之分。當(dāng)加有感性負(fù)載時(shí)，在輸入信號(hào)截止t1之前，雙向可控硅導(dǎo)通，電流滯后電源電壓90O（純感時(shí)）。t1時(shí)刻輸入控制信號(hào)撤銷，雙向可控硅在小于維持電流時(shí)關(guān)斷（t2）可控硅將承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個(gè)電壓將通過(guò)雙向可控硅內(nèi)部的結(jié)電容，正反饋到柵極。如果超過(guò)雙向可控硅換向dv/dt指標(biāo)（典型值10V/s將引起換向恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)甚至失敗。單向可控硅（增強(qiáng)型SSR）由于處在單極性工作狀態(tài)，此時(shí)只受靜態(tài)電壓上升率所限制（典型值200V/　s），因此增強(qiáng)型固態(tài)繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指標(biāo)提高了520倍。由于采用兩只大功率單向可控硅反并聯(lián),改變了電流分配和導(dǎo)熱條件，提高了SSR輸出功率。增強(qiáng)型SSR在大功率應(yīng)用場(chǎng)合，無(wú)論是感性負(fù)載還是阻性負(fù)載耐電壓、耐電流沖擊及產(chǎn)品的可靠性，均超過(guò)普通固態(tài)繼電器，并達(dá)到了進(jìn)口產(chǎn)品的基本指標(biāo)，是替代普通固態(tài)繼電器的更新產(chǎn)品。

負(fù)載與SSR的選擇

SSR對(duì)一般的負(fù)載應(yīng)是沒(méi)有問(wèn)題的，但也必須考慮一些特殊的負(fù)載條件，以避免過(guò)大的沖擊電流和過(guò)電壓，對(duì)器件性能造成不必要的損壞。白熾燈、電爐等類的“冷阻”特性，造成開(kāi)通瞬間的浪涌電流，超過(guò)額定工作電流值數(shù)倍。一般普通型SSR，可按電流值的2/3選用。增強(qiáng)型SSR，可按廠商提供的參數(shù)選用。在惡劣條件下的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，建議留有足夠的電壓、電流余量。

某些類型的燈，在燒斷瞬間會(huì)出現(xiàn)低阻抗。氣化和放電通道以及容性負(fù)載，如切換電容器組或電容器電源，會(huì)造成類似短路狀態(tài)。可在線路中進(jìn)一步串聯(lián)電阻或電感，作為限流措施。電機(jī)的開(kāi)啟和關(guān)閉，也會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流和電壓。中間繼電器、電磁閥吸合不可靠時(shí)引起的抖動(dòng)，以及電容換向式電機(jī)換向時(shí)，電容電壓 和電源電壓的疊加會(huì)在SSR兩端產(chǎn)生二倍電源的浪涌電壓。

控制變壓器初級(jí)時(shí)，也應(yīng)考慮次級(jí)線路上的瞬態(tài)電壓對(duì)初級(jí)的影響。此外，變壓器也有可能因?yàn)閮蓚€(gè)方向電流不對(duì)稱，造成飽和引起的浪涌電流異常現(xiàn)象。上述情況，使SSR在特殊負(fù)載的應(yīng)用，多少變得有點(diǎn)復(fù)雜。可行的辦法，就是通過(guò)示波器去測(cè)量可能引起的浪涌電流和電壓，從而選用合適的SSR和保護(hù)措施。

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(lái)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)繼電器；如對(duì)交流阻性負(fù)載和多數(shù)感性負(fù)載，可選用過(guò)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。