固態(tài)繼電器簡介以及工作原理

固態(tài)繼電器(Solid State Relays,縮寫SSR)是一種無觸點電子開關(guān)，由分立元器件、膜固定電阻網(wǎng)絡(luò)和芯片，采用混合工藝組裝來實現(xiàn)控制回路(輸入電路)與負(fù)載回路(輸出電路)的電隔離及信號耦合，由固態(tài)器件實現(xiàn)負(fù)載的通斷切換功能，內(nèi)部無任何可動部件。盡管市場上的固態(tài)繼電器型號規(guī)格繁多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制)電路，驅(qū)動電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。

固態(tài)繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固態(tài)繼電器的觸發(fā)信號源。固態(tài)繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓范圍。

固態(tài)繼電器的驅(qū)動電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光-三極管、光-雙向可控硅、光-二極管陣列(光-伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號傳遞到變壓器次級。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號。

固態(tài)繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號的控制下，實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時還包括反饋電路。目前，各種固態(tài)繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。

固態(tài)繼電器原理 固態(tài)繼電器(Solidstate Relay, SSR)是一種由固態(tài)電子組件組成的新型無觸點開關(guān)，利用電子組件(如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體組件)的開關(guān)特性，達(dá)到無觸點、無火花、而能接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關(guān)”。相對于以往的“線圈—簧片觸點式”繼電器(Electromechanical Relay, EMR)，SSR沒有任何可動的機(jī)械零件，工作中也沒有任何機(jī)械動作，具有超越EMR的優(yōu)勢，如反應(yīng)快、可靠度高、壽命長(SSR的開關(guān)次數(shù)可達(dá)108"109次，比一般EMR的106高出百倍)、無動作噪聲、耐震、耐機(jī)械沖擊、具有良好的防潮防霉防腐特性。這些特點使SSR在軍事、化工、和各種工業(yè)民用電控設(shè)備中均有廣泛應(yīng)用。固態(tài)繼電器的控制信號所需的功率極低，因此可以用弱信號控制強(qiáng)電流。同時交流型的SSR采用過零觸發(fā)技術(shù)，使SSR可以安全地用在計算機(jī)輸出接口，不會像EMR那樣產(chǎn)生一系列對計算機(jī)的干擾，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重當(dāng)機(jī)。比較常用的是DIP封裝的型式。控制電壓和負(fù)載電壓按使用場合可以分成交流和直流兩大類，因此會有DC-AC、DC-DC、AC-AC、AC-DC四種型式，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用.

按負(fù)載電源的類型不同可將SSR分為交流固態(tài)繼電器(AC—SSR)和直流固態(tài)繼電器(DC—SSR)。AC—SSR是以雙向晶閘管作為開關(guān)器件，用來接通或斷開交流負(fù)載電源的固態(tài)繼電器。AC—SSR的控制觸發(fā)方式不同，又可分為過零觸發(fā)型和隨機(jī)導(dǎo)通型兩種。過零觸發(fā)型AC—SSR是當(dāng)控制信號輸入后，在交流電源經(jīng)過零電壓附近時導(dǎo)通，故干擾很小。隨機(jī)導(dǎo)通型AC—SSR則是在交流電源的任一相位上導(dǎo)通或關(guān)斷，因此在導(dǎo)通瞬間可能產(chǎn)生較大的干擾。

固態(tài)繼電器簡介

一.什么是固態(tài)繼電器?

固態(tài)繼電器(SSR)是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電磁和光特性來完成其隔離和繼電切換功能。固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器相比，是一種沒有機(jī)械，不含運(yùn)動零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同的功能。

二.固態(tài)繼電器的分類：

按工作性質(zhì)分有直流輸入-交流輸出型，直流輸入-直流輸出型，交流輸入-交流輸出型，交流輸入-直流輸出型。

按安裝方式有裝置式(面板安裝)，線路板安裝型。

按元件分有普通型和增強(qiáng)型。

三.固態(tài)繼電器優(yōu)缺點：

優(yōu)點：多數(shù)產(chǎn)品具有零電壓導(dǎo)通，零電流關(guān)斷，與邏輯電路兼容(TTL、DTL、HTL)切換速度快、無噪音、耐腐蝕、抗干擾、壽命長、體積小，能以微小的控制信號直接驅(qū)動大電流負(fù)載等。

缺點：存在通態(tài)壓降，需要散熱措施，有輸出漏電流，交直流不能通用，觸點組數(shù)少，成本高。

四.固態(tài)繼電器應(yīng)用領(lǐng)域：

由于固態(tài)繼電器的內(nèi)在特點，自問世以來以進(jìn)入電磁繼電器的大多數(shù)領(lǐng)域，在少數(shù)領(lǐng)域以完全取而代之。特別是計算機(jī)自動控制領(lǐng)域，由于固態(tài)繼電器的所需驅(qū)動功率較底，直接和邏輯電路兼容，不必加中間緩沖器即可直接驅(qū)動。目前固態(tài)繼電器以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化控制，如電爐加熱系統(tǒng)，熟控機(jī)械，遙控機(jī)械，電機(jī)，電磁閥以及信號燈，閃爍器，舞臺燈光控制系統(tǒng)，醫(yī)療器械，復(fù)印機(jī)，洗衣機(jī)，消防保安系統(tǒng)等等都有大量應(yīng)用。

固體繼電器

固態(tài)繼電器SSR(solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關(guān)，它利用電子元件(如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件)的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，為四端有源器件，其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端。為實現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，器件中采用了高耐壓的專業(yè)光電耦合器。當(dāng)施加輸入信號后，其主回路呈導(dǎo)通狀態(tài)，無信號時呈阻斷狀態(tài)。整個器件無可動部件及觸點，可實現(xiàn)相當(dāng)于常用電磁繼電器一樣的功能。其封裝形式也與傳統(tǒng)電磁繼電器基本相同。它問世于70年代，由于它的無觸點工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計算機(jī)控制方面得到日益廣范的應(yīng)用。

由于固態(tài)繼電器是由固體元件組成的無觸點開關(guān)元件，所以它較之電磁繼電器具有工作可靠、壽命長、對外界干擾小、能與邏輯電路兼容、抗干擾能力強(qiáng)、開關(guān)速度快和使用方便等一系列優(yōu)點。因而具有很寬的應(yīng)用領(lǐng)域，有逐步取代傳統(tǒng)電磁繼電器之勢，并可進(jìn)一步擴(kuò)展到傳統(tǒng)電磁繼電器無法應(yīng)用的領(lǐng)域。如計算機(jī)和可編程控制器的輸入輸出接口、計算機(jī)外圍和終端設(shè)備、機(jī)械控制、過程控制、遙控及保護(hù)系統(tǒng)等。在一些要求耐振、耐潮、耐腐蝕、防爆等特殊工作環(huán)境中以及要求高可靠的工作場合，SSR都較之傳統(tǒng)的電磁繼電器有無可比擬的優(yōu)越性。

固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安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。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。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。交流輸出時，通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應(yīng)管。SSR按使用場合可以分成交流型和直流型兩大類，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開關(guān)，不能混用。

固體繼電器的工作原理

盡管市場上的固體繼電器型號規(guī)格繁多，但它們的工作原理基本上是相似的。主要由輸入(控制)電路，驅(qū)動電路和輸出(負(fù)載)電路三部分組成。

固體繼電器的輸入電路是為輸入控制信號提供一個回路，使之成為固體繼電器的觸發(fā)信號源。固體繼電器的輸入電路多為直流輸入，個別的為交流輸入。直流輸入電路又分為阻性輸入和恒流輸入。阻性輸入電路的輸入控制電流隨輸入電壓呈線性的正向變化。恒流輸入電路，在輸入電壓達(dá)到一定值時，電流不再隨電壓的升高而明顯增大，這種繼電器可適用于相當(dāng)寬的輸入電壓范圍。

固體繼電器的驅(qū)動電路可以包括隔離耦合電路、功能電路和觸發(fā)電路三部分。隔離耦合電路，目前多采用光電耦合器和高頻變壓器兩種電路形式。常用的光電耦合器有光-三極管、光-雙向可控硅、光-二極管陣列(光-伏)等。高頻變壓器耦合，是在一定的輸入電壓下，形成約10MHz的自激振蕩，通過變壓器磁芯將高頻信號傳遞到變壓器次級。功能電路可包括檢波整流、過零、加速、保護(hù)、顯示等各種功能電路。觸發(fā)電路的作用是給輸出器件提供觸發(fā)信號。

固體繼電器的輸出電路是在觸發(fā)信號的控制下，實現(xiàn)固體繼電器的通斷切換。輸出電路主要由輸出器件(芯片)和起瞬態(tài)抑制作用的吸收回路組成，有時還包括反饋電路。目前，各種固體繼電器使用的輸出器件主要有晶體三極管(Transistor)、單向可控硅(Thyristor或SCR)、雙向可控硅(Triac)、MOS場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)等。

固體繼電器的主要優(yōu)點是：

(1)無運(yùn)動零部件，無機(jī)械磨損，無動作噪聲，無機(jī)械故障，可靠性高;

(2) 無燃弧觸點，無觸點間的火花、電弧，無觸點抖動和磨損，對外干擾小;

(3) 開關(guān)速度迅速，動作時間可達(dá)10-3S以下;

(4) 靈敏度高，控制功率小，可達(dá)10-3以下，能很好地與TTL、CMOS電路兼容;

(5) 抗沖擊振動性能優(yōu)良，容易實現(xiàn)“零”壓切換;

(6) 一般用絕緣材料灌封成全封閉整體，所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也極佳;

(7) 半導(dǎo)體器件作為開關(guān)工作，壽命長;

(8) 易實現(xiàn)附加功能。

固體繼電器性能參數(shù)測試時應(yīng)注意以下幾點：

(1)測試直流SSR接通和關(guān)斷電壓時，輸入電壓不能長時間處于接通與關(guān)斷之間，否則輸出端功耗急劇上升，容易燒壞輸出開關(guān)元件。

(2)測試中不要隨意加快動作速率(一般輸入信號的一個周期長應(yīng)為接通和關(guān)斷時間之和的10倍以上),否則因動態(tài)開關(guān)損耗大無法工作，甚至燒壞輸出開關(guān)元件。

(3)測試時，首先要了解輸出電流與殼溫(環(huán)境溫度)之間的關(guān)系曲線(殼溫上升或不帶散熱器時額定輸出電流會下降)，避免過載引起永久性失效。

(4)SSR在關(guān)斷狀態(tài)下輸出兩端不能實現(xiàn)完全的隔離，存在一定的漏電流,在較高電壓下測試介質(zhì)耐壓和絕緣電阻在使用時，易發(fā)生觸電事故。輸出兩端絕不可測試絕緣電阻或耐壓。

固體繼電器使用中應(yīng)注意的問題

(1)在實際使用時，必須使產(chǎn)品的實際使用條件完全符合產(chǎn)品各項參數(shù)和特性曲線的要求。

(2)SSR受溫度影響較大，使用時要考慮好散熱(一般負(fù)載電流>5A時應(yīng)裝散熱片)，當(dāng)環(huán)境溫度高時，SSR的負(fù)載能力必然相應(yīng)下降，因此選用SSR時須留有一定的余量。

(3)當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時，將承受P=V(管壓降)×I(負(fù)載)的耗散功率。因此必須根據(jù)實際工作環(huán)境，合理選用散熱器的尺寸或降低負(fù)載電流使用。