1、固 态 继 电 器固态继电器简介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，安装位置无限制，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极佳，输入功率小，灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。专用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。固态继电器目前已广泛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
2、、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。1、如何选择 SSR 的型号规格主要是选取适当的额定电流的固态继电器（SSR）除特别说明以外，整流、可控等功率模块亦然。根据不同的负载类型来选用 SSR 的额定电流。阻性负载、感性负载和容性负载在刚起动时瞬时电流较大。即使是纯阻性，由于具有正温度系数，冷态时电阻值较小，因而有较大的起动电流。电炉刚接通时电流为稳定时的1.3 1.4倍。白炽灯接通时电流为稳态10倍。有些金属卤化物灯不但开启时间
3、长达10分钟，而且有高达100倍稳态时的脉冲电流。异步电动机起动电流为额定值的5 7倍，直流电动机起动电流还要大。不但如此，感性负载还具有较高的反电势。这是一个不定值，随 L 和 di/dt（电流变化率）的不同而不同。通常为电源电压的1 2倍，这样和电源电压叠加。有高达三倍的电源电压。容性负载具有更大的危险性，因为起动时，由于电容器两端的电压不能突变，电容器（负载）相当于短路。这种负载在选型时更要特别注意。需要特别指出的是用户不要将 SSR 的浪涌电流值作为选择负载起动电流的依据。SSR 的浪涌电流值是以晶闸管浪涌电流为标准的。它的前提条件是半个（或一个）电源周波。即10或20ms 。而前述启
4、动过程，少则几百毫秒、几分钟，多则高达10 分钟。这点务必敬请高度注意。固态继电器组成固态继电器由三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。1、输入电路按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与 TTL/CMOS 兼容，正负逻辑控制和反相等功能，可以方便的与 TTL/MOS 逻辑电路连接。对于控制电压固定的控制信号，采用阻性输入电路。控制电流保证在大于5mA。对于大的变化范围的控制信号（如332V）则采用恒流电路，保证在整个电压变化范围内电流在大于5mA 可靠工作。2、隔离（耦合）固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有
5、光电耦合和变压器耦合两种：光电耦合通常使用光电二极管 光电三极管，光电二极管 双向光控可控硅，光伏电池，实现控制侧与负载侧隔离控制；高频变压器耦合是利用输入的控制信号产生的自激高频信号经耦合到次级，经检波整流，逻辑电路处理形成驱动信号。3、输出电路SSR 的功率开关直接接入电源与负载端，实现对负载电源的通断切换。主要使用有大功率晶体三极管（开关管-Transistor） ，单向可控硅（Thyristor 或 SCR） ，双向可控硅（Triac ） ，功率场效应管（MOSFET ） ，绝缘栅型双极晶体管（IGBT） 。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。
6、按负载类型，可分为直流固态继电器和交流固态继电器。直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管，交流输出时通常使用两个可控硅或一个双向可控硅。而交流固态继电器又可分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。交流固态继电器，按导通与关断的时机，可分为随机型交流固态继电器和过零型交流固态继电器。4、如何保护 SSRA、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（电压变化率）
7、有好处。建议 R 为20 100，功率为2 5W，C 为 0.10.47uf,耐压为250 630v. SSR标称电流小 R 取上限100，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，轻则失控重则造成永久性损坏，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（电流变化率）高而使 SSR 损坏。L 电感量多大，这要根据体积大小和成本高低而定。固态继电器工作原理它是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相 SSR 为四端有源器件，
8、其中两个输入控制端，两个输出端，输入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后，输出端就能从断态转变成通态。交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型） 。按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型） 。按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却） 。另外输入端又有宽范围输入（DC332V）的恒流源型和串电阻限流型等。SSR 固态继电器以触发形式，可分为零压型（Z）和调相型（P）两种。在输入端施加合适的控制信号 IN 时，P 型 SSR 立即导通。当 IN
9、 撤销后，负载电流低于双向可控硅维持电流时（交流换向） ，SSR 关断。Z 型 SSR 内部包括过零检测电路，在施加输入信号 IN 时，只有当负载电源电压达到过零区时，SSR 才能导通，并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z 型 SSR 关断条件同 P 型，但由于负载工作电流近似正弦波，高次谐波干扰小，所以应用广泛。SSR 由于采用输出器件不同，有普通型(S 采用双向可控硅元件 )和增强型(HS 采用单向可控硅元件)之分。当加有感性负载时，在输入信号截止 t1之前，双向可控硅导通，电流滞后电源电压90 O(纯感时 )。t1 时刻输入控制信号撤销，双向可控硅在小于维持电流时关断(t2) 可控硅将
10、承受电压上升率 dv/dt（ 电压变化率）很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容，正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向 dv/dt（电压变化率）指标(典型值10V/s）将引起换向恢复时间长甚至失败。单向可控硅(增强型 SSR)由于处在单极性工作状态，此时只受静态电压上升率所限制(典型值200V/s)，因此增强型固态继电器 HS 系列比普通型SSR 的换向 dv/dt（电压变化率 ）指标提高了520倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联,改变了电流分配和导热条件，提高了 SSR 输出功率。增强型 SSR 在大功率应用场合，无论是感性负载还是阻性负载耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性，
11、均超过普通固态继电器，并达到了进口产品的基本指标，是替代普通固态继电器的更新产品。如何使用户的驱动电路与 SSR 的输入特性相匹配一般来讲，SSR 的输入控制电压为3.2 32V。控制电流为5 30mA. 通常1 25A 的 SSR输入回路不是恒流源电路，输入控制电压为4 16V。控制电流为5 20mA.较大额定电流的SSR 输入电路均接有恒流源电路。输入控制电压在3.2 32V 均可。在三相电路里，如果用户将三个 SSR 的输入端串联的话，那么希望提供大于12V 的控制电压；如果将三个 SSR 的输入端并联使用的话，那么驱动电流要保证50mA。单个 SSR 使用，驱动电流不要设计在4 5mA
12、 的临界状态下至少要大于6mA 。如何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。下面推荐一些规格 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。固态继电器选型方法序号 类型 适应电流(A) 长度(mm) 宽度(mm) 高度(mm) 备注1 适用单相固态 20A 以下 50 80 50 立式2 适用单相固态 40A 以下 70 125 50 卧式3 适用单相固态 60A 以下 110 125 50 卧式4 适用单相及工业级固态 80A
13、 以下 180 125 50 卧式5 适用三相固态 30A 以下 105 100 80 立式6 适用三相固态 20A 以下 150 88 35 卧式7 适用三相固态 40A 以下 150 100 80 立式8 适用三相固态 80A 以下 260 180 50 卧式9 适用三相及工业级固态 100A 以下 150 125 135 立式10 适用三相及工业级固态 200A 以下 200 125 135 立式11 适用工业级固态 250A 以下 300 125 135 立式12 适用半导体模块 25-110A 110 125 50 卧式13 适用半导体模块 25-110A 100 70 80 立式1
14、4 适用三相桥模块 150-300A 150 100 80 立式15 适用半导体模块 250A 150 125 135 立式16 适用半导体模块 300-500A 200 125 135 立式17 适用半导体模块 400-500A 150 141 135 立式18 适用半导体模块 500-800A 200 125 135 立式19 适用半导体模块 1000A 200 260 80 立式1. 在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时，因引线端子为高导热材料制成,焊接时应在温度小于250、时间小于10S 的条件下进行，如考虑周围温度的原因，必要时可考虑降额使用，一般将负载电流控制在额定值的 1
15、/2以内使用。2. 各种负载浪涌特性对固态继电器 SSR 的选择被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使 SSR 内部可控硅损坏,所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析 ,然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可参考下表各种负载时的降额系数(常温下 )。负载类型 电阻 电热 白炽灯 交流电磁铁 变压器 单相电动机 三相电动机 电力补偿（电容投切）降额系数 1 0.8 0.5 0.5 0.5 0.120.24 0.180.33 0.2如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时，则应在表2的基础上
16、再乘以0.6以确保工作可靠。一般在选用时遵循上述原则，在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继器；如对交流阻性负载和多数感性负载，可选用过零型继电器，这样可延长负载和继电器寿命，也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时，应选用随机型固态继电器。3. 使用环境温度的影响固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在10A 以上的产品应配散热器，100A 以上的产品应配散热器加风扇强冷 。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触 ，并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。如继电器长期工作在高温状态下(408
17、0)时，用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据，考虑降额使用来保证正常工作。4. 过流、过压保护措施在继电器使用时，因过流和负载短路会造成 SSR 固态继电器内部输出可控硅永久损坏 ,可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护(选择继电器应选择产品输出保护, 内置压敏电阻吸收回路和 RC 缓冲器,可吸收浪涌电压和提高 dv/dt 耐量） ；也可在继电器输出端并接 RC 吸收回路和压敏电阻(MOV)来实现输出保护。选用原则是220V 选用500V-600V 压敏电阻，380V 时可选用800V-900V 压敏电阻。5. 继电器输入回路信号在使用时因输入电压过高或输入电流过大超
18、出其规定的额定参数时,可考虑在输入端串接分压电阻或在输入端口并接分流电阻,以使输入信号不超过其额定参数值。6 在具体使用时,控制信号和负载电源要求稳定，波动不应大于10%，否则应采取稳压措施。7. 在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源，以防继电器误动失控。8. 固态继电器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流，在使用或设计时应注意。9. 固态继电器失效更换时 ,应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品，以便与原应用线路匹配，保证系统的可靠工作。固态继电器技术参数固态继电器的关键技术参数有：1、输入电压范围在环境温度25 oc 下，能使固态继电器正常工作的施加到输入端的电压范围。阻性输入
19、电压范围一般为416V 或1032V，恒流型输入电压范围多为332V。2、输入电流在环境温度25 oc 下，某一特定输入电压时，流入固态继电器输入回路的电流值。3、接通电压保证固态继电器输出电路接通所施加在输入端的电压的最低值。类似于电磁继电器的动作电压最大值。该值一般为固态继电器的输入电压范围的下限值。即在输入端施加该电压或大于该电压值时，固态继电器输出端确保接通。4、关断电压保证固态继电器输出电路关断所施加在输入端的电压的最高值。类似于电磁继电器的释放电压最小值。即在输入端施加该电压或小于该电压值时，固态继电器输出端确保关断。5、反极性电压能够加在固态继电器的输入端上，而不会造成永久性损坏
20、的最大允许反向电压。该值一般确定为输入电压范围的上限值。6、额定输出电流在环境25 oC 时，固态继电器允许使用的最大稳态工作电流。一般为标称值，当环境温度升高时，如大于40 oC，允许的最大输出电流有所下降。同时还规定最小的负荷电流，一般为50mA。7、额定输出电压在环境25 oC 时，固态继电器能够承受的最大稳态负载工作电压。一般还应规定，固态继电器能正常接通和关断的最小输出电压。8、输出电压降当继电器处于导通时，在额定输出电流下，测得的输出端之间的电压。9、输出漏电流当继电器处于关断状态，输出端施加额定输出电压时，流经负载的电流（有效）值。10、接通时间当继电器接通时，从加输入电压到保证
21、接通电压开始，到输出达到其电压最终变化的90%为止之间的时间间隔。11、关断时间当继电器关断时，从切除输入电压到保证关断电压开始，到输出达到其电压最终变化的10%为止之间的时间间隔。12、过零电压对交流过零型固态继电器，输入端加入额定电压，能使继电器输出端导通的最大起始电压。13、最大浪涌电流固态继电器能承受的而不致造成永久性损坏的非重复浪涌冲击（或过载）电流。脉冲宽度为50/60Hz，1个周期（20/16.67ms） 。14、电气系统峰值电压在规定的环境温度下，在继电器不工作状态时，输出端能够承受的不被击穿的最大瞬时峰值电压。15、电压指数上升率 dv/dt在规定的环境温度下，固态继电器处于
22、关断状态时，其输出端能够承受的最大电压上升率。16、频率范围在额定工作条件下，固态继电器正常工作的电源频率范围。17、热阻（Rthjc）在热平衡条件下，固态继电器芯片与底基板之间温度差与产生温差的耗散功率之比。18、工作温度继电器按规范安装或不安装散热板时，其正常工作的环境温度范围。19、绝缘电压（输入/输出）固态继电器的输入和输出之间所能承受的隔离电压最小值。20、绝缘电压（输入、输出/基板）固态继电器的输入、输出和底基板之间所能承受的隔离电压最小值。固态继电器优缺点优点（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
23、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妙。（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，在零电压附近导通，零电流附近关断，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12V，大功率晶体管的饱和压降也在12V
24、 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，成本也较高。（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，
25、另外过电流、过电压及电压上升率、电流上升率等指标差。固态继电器注意事项封装和安装形式卧式 W 型、立式 L 型，体积小适用于印制板直接焊接安装。立式 L2型，既能适合于线路板焊接安装，也能适用于线路板上插接安装。在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时，因引线端子为高导热材料制成，焊接时应在温度小于250 、时间小于10S 的条件下进行，如考虑周围温度的原因，必要时可考虑降额使用，一般将负载电流控制在额定值的1/2以内使用。K 型及 F 型，适合散热器及仪器底板安装。大功率 SSR(K 型和 F 型封装）安装时，应注意散热器接触面应平整，并需涂导热硅脂。安装力矩愈大接触热阻愈小。大电流引出
26、线，需配冷压焊片，以减少引出线接点电阻。负载与 SSR 的选择SSR 对一般的负载应是没有问题的，但也必须考虑一些特殊的负载条件，以避免过大的冲击电流和过电压，对器件性能造成不必要的损坏。白炽灯、电炉等类的“冷阻”特性，造成开通瞬间的浪涌电流，超过额定工作电流值数倍。一般普通型 SSR，可按电流值的2/3选用。增强型 SSR，可按厂商提供的参数选用。在恶劣条件下的工业控制现场，建议留有足够的电压、电流余量。某些类型的灯，在烧断瞬间会出现低阻抗。气化和放电通道以及容性负载，如切换电容器组或电容器电源，会造成类似短路状态。可在线路中进一步串联电阻或电感，作为限流措施。电机的开启和关闭，也会产生较大
27、的冲击电流和电压。中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖动，以及电容换向式电机换向时，电容电压 和电源电压的叠加会在 SSR 两端产生二倍电源的浪涌电压。控制变压器初级时，也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响。此外，变压器也有可能因为两个方向电流不对称，造成饱和引起的浪涌电流异常现象。上述情况，是 SSR 在特殊负载的应用，多少变得有点复杂。可行的办法，就是通过示波器去测量可能引起的浪涌电流和电压，从而选用合适的 SSR 和保护措施。被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使 SSR 内部可控硅损坏，所以在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析，然后再选择继电
28、器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可参考负载类型降额系数表，各种负载的降额系数（常温下） 。如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时，则应在负载类型降额系数表的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。一般在选用时遵循上述原则，在低电压要求信号失真小选用采用场效应管作输出器件的直流固态继电器；如对交流阻性负载和多数感性负载，选用过零型继电器，这样可延长负载和继电器寿命，也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时，应选用随机型固态继电器。过热问题SSR 在导通时，元件将承受 P=V（管压降）I（负载）的耗散功率，其中 V 有效值和 I有效值分别为饱和
29、压降和工作电流的有效值。固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，需依据实际工作环境条件，严格参照额定工作电流时允许的外壳温升（75） ，合理选用散热器尺寸或降低电流使用，在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件，否则将因过热引起失控，甚至造成产品损坏。一般而言，10A 以下，可采用散热条件良好的仪器底板，额定工作电流在10A 以上的产品应配散热器，30A 以下，采用自然风冷，连续负载电流大于30A 时，需采用仪器风扇强制风冷，100A 以上的产品应配散热器加风扇强冷。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触 ，并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。如继电器长期工作在高温状态下
30、（4080）时，用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据，考虑降额使用来保证正常工作。固态继电器发热原因：固态继电器即在正常工作的时候，在其内部芯片上存在一定的功率损耗，这个损耗功率主要由固态继电器输出电压降与负载电流乘积决定，以发热的形式消耗掉。因此散热的好坏直接影响到固态继电器工作的可靠性，优良的热学设计可避免由于散热不良造成的失败和损坏。三相固态继电器1、过流、过压保护在继电器使用时，因过流和负载短路会造成 SSR 固态继电器内部输出可控硅永久损坏，可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护型（选择继电器应选择产品输出保护，内置压敏电阻吸收回路和 RC 缓冲器，可吸收浪涌电压和提高 dv/dt 耐量） ；快速熔断器和空气开关，是通用的过电流保护方法。快速熔断器可按额定工作电流的1.2倍选择，一般小容量可选用保险丝。特别注意负载短路，是造成 SSR 产品损坏的主要原因。
