1、1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。目 录1简介2组成1. 2.1 输入电路2. 2.2 隔离（耦合）3. 2.3 输出电路3工作原理4选型方法5技术参数1. 5.1 输入电压范围2. 5.2 输入电流3. 5.3 接通电压4. 5.4 关断电压5. 5.5 反极性电压6. 5.6 额定输出电流7. 5.7 额定输出电压8. 5.8 输出电压降9. 5.9 输出漏电流10. 5.10 接通时间1
2、1. 5.11 关断时间12. 5.12 过零电压13. 5.13 最大浪涌电压214. 5.14 电器系统峰值15. 5.15 电压指数上升率 dv/dt16. 5.16 工作温度6优缺点1. 6.1 优点2. 6.2 缺点7注意事项1. 7.1 封装和安装形式2. 7.2 负载与 SSR 的选择3. 7.3 过热问题4. 7.4 过流、过压保护5. 7.5 输入回路6. 7.6 干扰7. 7.7 安全及其他8应用实例1. 8.1 调压应用2. 8.2 交流调功应用3. 8.3 三相电流控制9术语解释10保养方法1 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
3、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3兼容性好，噪声低和工作频率高等特点。固态继电器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、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
4、，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 1.31.4 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
5、7 倍，直流电机起动电流还要大。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 的不同而不同。通常为电源电压的 12 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。2 组成固态继
6、电器由三部分组成：输入电路，隔离（耦合）和输出电路。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。4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
7、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。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。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
8、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。如何配用适当的散热器除了额定电流 15A 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。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
9、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 20100，功率为 25W，C 为 0.10.47uf,耐压为 250630v. 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 高而使SSR 损坏。L 电感量多大，这要根据体积大
10、小和成本高低而定。53 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，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
11、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 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。北京灵通电子公司的 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
12、 t1 之前，双向可控硅导通，电流滞后电源电压 90O（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），可控硅将承受电压上升率 dv/dt 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 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 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，
13、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，均超过普通固态继电器。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 3.232V。控制电流为 530mA. 通常 125A 的 SSR 输入回路不是恒流源电路，输入控制电压为 416V。控制电流为520mA.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3.232V 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6驱动电
14、流要保证 50mA。单个 SSR 使用，驱动电流不要设计在 45mA 的临界状态下至少要大于 6mA。4 选型方法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 1/2 以内使用。 22. 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
15、这个浪涌电流，选择时可参考表 2 各种负载时的降额系数(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，则应在表 2 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，10
16、0A 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(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。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）；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
17、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。76 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
18、，保证系统的可靠工作。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，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
19、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 VIN 时，P 型 SSR 立即导通。当 VIN 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 VIN 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
20、控硅导通，电流滞后电源电压 90O(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)可控硅将承受电压上升率 dv/dt 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 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 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
21、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，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。5 技术参数8固态继电器的关键技术参数有：输入电压范围在环境温度 25c 下，固态继电器能够工作的输入电压范围。输入电流在输入电压范围内某一特定电压对应的输入电流值。接通电压在输入端加该电压或大于该电压值时，输出端确保导通。关断电压在输入端加该电压或小于该电压值时，输出端确保关断。反极性电压能够加在继电器输入端上，而不应起永久性破坏的最大允许反向电压。额定输出电流环境 25C 时的最大稳态工作电流。额定输出电压能够承受的最大
22、负载工作电压。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电压。输出漏电流当继电器处于关断状态施加额定输出电压时，流经负载的电流值。接通时间当继电器接通时，加输入电压到接通电压开始至输出达到其电压最终变化的 90%为止之间的时间间隔。9关断时间当继电器关断时，切除输入电压到关断电压开始至输出达到其电压最终变化的10%为止之间的时间间隔。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。最大浪涌电压继电器能承受的而不致造成永久性损坏的非重复浪涌（或过载）电流。电器系统峰值在继电器工作状态继电器输出端能够承受的最大迭加的瞬时峰值击穿电压。电压指数
23、上升率 dv/dt继电器的输出元件能够承受的不使其导通的电压上升率。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。6 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“
24、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。10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 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
25、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。7 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 10
26、S 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，并需涂复导热硅脂（美宝 T-50）。安装力矩愈大,接触热阻愈小。大电流引出线，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。
