固態(tài)繼電器(SSR)的定義：

固態(tài)繼電器(SOLIDSTATE RELAYS，簡(jiǎn)寫(xiě)為“SSR”)是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)器件，它利用電子元件(如開(kāi)關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件)的開(kāi)關(guān)特性，可達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花地接通和斷開(kāi)電路的目的，因此又被稱(chēng)為“無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)”“無(wú)觸點(diǎn)接觸器”。固態(tài)繼電器問(wèn)世于70年代，由于它的無(wú)觸點(diǎn)工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計(jì)算機(jī)控制方面得到日益廣范的應(yīng)用。

固態(tài)繼電器(SSR)的原理及結(jié)構(gòu)

固態(tài)繼電器(SSR)按使用場(chǎng)合可以分成交流型和直流型兩大類(lèi)，它們分別在交流或直流電源上做負(fù)載的開(kāi)關(guān)，不能混用。

我們以交流型的固態(tài)繼電器SSR為例來(lái)說(shuō)明它的工作原理，圖1是它的工作原理框圖，圖1中的部件①-④構(gòu)成交流SSR的主體，從整體上看，SSR只有兩個(gè)輸入端(A和B)及兩個(gè)輸出端(C和D)，是一種四端器件。工作時(shí)只要在A、B上加上一定的控制信號(hào)，就可以控制C、D兩端之間的“通”和“斷”，實(shí)現(xiàn)“開(kāi)關(guān)”的功能，其中耦合電路的功能是為A、B端輸入的控制信號(hào)提供一個(gè)輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開(kāi)SSR中輸入端和輸出端之間的(電)聯(lián)系， 以防止輸出端對(duì)輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動(dòng)作靈敏、響應(yīng)速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級(jí)高；由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，在使用可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發(fā)電路的功能是產(chǎn)生合乎要求的觸發(fā)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路④工作，但由于開(kāi)關(guān)電路在不加特殊控制電路時(shí)，將產(chǎn)生射頻干擾并以高次諧波或尖峰等污染電網(wǎng)，為此特設(shè)“過(guò)零控制電路”。所謂“過(guò)零”是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過(guò)零時(shí)，SSR即為通態(tài)；而當(dāng)斷開(kāi)控制信號(hào)后，SSR要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)(零電位)時(shí)，SSR才為斷態(tài)。這種設(shè)計(jì)能防止高次諧波的干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來(lái)的尖峰、浪涌(電壓)對(duì)開(kāi)關(guān)器件雙向可控硅管的沖擊和干擾(甚至誤動(dòng)作)而設(shè)計(jì)的，一般是用“R-C”串聯(lián)吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。

圖2 一種典型的交流型SSR的電原理圖

圖3

直流型的SSR與交流型的SSR相比，無(wú)過(guò)零控制電路，也不必設(shè)置吸收電路，開(kāi)關(guān)器件一般用大功率開(kāi)關(guān)三極管，其它工作原理相同。不過(guò)，直流型SSR在使用時(shí)應(yīng)注意：

①負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，如直流電磁閥或電磁鐵，應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)一只二極管，極性如圖3所示，二極管的電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍。

②SSR工作時(shí)應(yīng)盡量把它靠近負(fù)載，其輸出引線應(yīng)滿足負(fù)荷電流的需要。③使用電源屬經(jīng)交流降壓整流所得的，其濾波電解電容應(yīng)足夠大。

圖4  幾種國(guó)內(nèi)、外常見(jiàn)的SSR的外形

固態(tài)繼電器(SSR)的特點(diǎn)

固態(tài)繼電器SSR成功地實(shí)現(xiàn)了弱信號(hào)(Vsr)對(duì)強(qiáng)電(輸出端負(fù)載電壓)的控制。由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號(hào)所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，而且Vsr所需的工作電平與TTL、HTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)接。這使SSR在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。在相當(dāng)程度上可取代傳統(tǒng)的“線圈—簧片觸點(diǎn)式”繼電器(簡(jiǎn)稱(chēng)“MER”)。 SSR由于是全固態(tài)電子元件組成，與MER相比，它沒(méi)有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，工作中也沒(méi)有任何機(jī)械動(dòng)作；SSR由電路的工作狀態(tài)變換實(shí)現(xiàn)“通”和“斷”的開(kāi)關(guān)功能，沒(méi)有電接觸點(diǎn)，所以它有一系列MER不具備的優(yōu)點(diǎn)，即工作高可靠、長(zhǎng)壽命(有資料表明SSR的開(kāi)關(guān)次數(shù)可達(dá)108-109次，比一般MER的106高幾百倍)；無(wú)動(dòng)作噪聲；耐振耐機(jī)械沖擊；安裝位置無(wú)限制；很容易用絕緣防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能；在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳。

這些特點(diǎn)使SSR可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、車(chē)載武器系統(tǒng))、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身手，具有超越MER的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。交流型SSR由于采用過(guò)零觸發(fā)技術(shù)，因而可以使SSR安全地用在計(jì)算機(jī)輸出接口上，不必為在接口上采用MER而產(chǎn)生的一系列對(duì)計(jì)算機(jī)的干擾而煩惱。此外，SSR還有能承受在數(shù)值上可達(dá)額定電流十倍左右的浪涌電流的特點(diǎn)。表1 參數(shù)名稱(chēng)(單位) 參數(shù)值 最小 典型 最大 輸入端直流控制電壓(V) 3.2 14 輸入電流(mA) 20 接通電壓(V) 3.2 關(guān)斷電壓(V) 1.5 反極向保護(hù)電壓(V) 　 15 絕緣電阻(Ω) 109 介質(zhì)耐壓(V) 1500 輸出端額定輸出電壓(V) 25 250 額定輸出電流(A) 10 浪涌電流(A) 100 過(guò)零電壓(V) ±15 輸出壓降(V) 2.0 輸出漏電流(mA) 10 接通電間(mS） 10 關(guān)斷時(shí)間(mS) 10 工作頻率(Hz) 47 70 功率損耗(W) 1.5 關(guān)斷dV/dt(V/μs) 200 晶閘管結(jié)溫℃ 110 工作溫度(℃) -20 +80。