固態(tài)繼電器（SSR）是由微電子電路、分立電子器件和電力電子功率器件組成的非接觸式開關(guān)。隔離裝置用于實(shí)現(xiàn)控制端與負(fù)載端之間的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端使用微小的控制信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。

固態(tài)繼電器是一種由固態(tài)電子元件組成的新型非接觸式開關(guān)器件，可以以較小的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。它利用電子元件（如開關(guān)晶體管、三端雙向可控硅等半導(dǎo)體器件）的開關(guān)特性，可以達(dá)到無接觸和火花的導(dǎo)通和斷開電路的目的，因此也稱為“非接觸開關(guān)”。固態(tài)繼電器是四端有源器件，其中兩個(gè)是輸入控制端子，另外兩個(gè)端子是輸出控制端子。它兼具放大和驅(qū)動(dòng)功能和隔離功能，非常適合驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)執(zhí)行器。與電磁繼電器相比，固態(tài)繼電器具有以下優(yōu)點(diǎn)：可靠性高、無接觸、無火花、壽命長、開關(guān)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、體積小。廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、化工、醫(yī)療設(shè)備、安防系統(tǒng)等。

一、固態(tài)繼電器工作原理

固態(tài)繼電器是如何工作的？固態(tài)繼電器按應(yīng)用可分為交流固態(tài)繼電器和直流固態(tài)繼電器?，F(xiàn)在以交流固態(tài)繼電器為例，說明SSR的工作原理。如圖1所示，它是交流SSR工作原理圖。SSR只有1個(gè)輸入端子（A&B）和0個(gè)輸出端子（C&D），是一個(gè)四端子有源器件。

工作時(shí)，只要在A和B上加入一定的控制信號(hào)，就可以控制C和D兩端之間的“開”和“關(guān)”，可以實(shí)現(xiàn)“開關(guān)”的功能。耦合電路的功能是為來自A和B端子的輸入控制信號(hào)提供輸入/輸出端子之間的通道，但在SSR中電氣斷開輸入端子和輸出端子之間的（電氣）連接，以防止輸出端子影響輸入端子。耦合電路中使用的元件是“光耦合器”，它靈敏，響應(yīng)速度高，輸入和輸出端子之間具有高絕緣（耐壓）水平。由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，這使得SSR的輸入端易于匹配輸入信號(hào)電平，并且在使用時(shí)可以直接連接到計(jì)算機(jī)輸出接口，由邏輯電平“1”和“0”控制。觸發(fā)電路的作用是產(chǎn)生符合要求的觸發(fā)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路（4）工作，但由于開關(guān)電路沒有添加特殊的控制電路，會(huì)產(chǎn)生射頻干擾，污染電網(wǎng)的高諧波或尖峰。因此，設(shè)計(jì)了“過零控制電路”。所謂“過零”是指當(dāng)增加控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，SSR處于導(dǎo)通狀態(tài);當(dāng)控制信號(hào)斷開時(shí)，SSR等待交流電的正半周期和負(fù)半周期的交點(diǎn)，SSR處于關(guān)斷狀態(tài)。這種設(shè)計(jì)可以防止高次諧波干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。吸收電路旨在防止開關(guān)器件三端雙向可控硅受到電源尖峰和浪涌（電壓）的影響和干擾（甚至故障）。通常，使用“RC”系列吸收電路或非線性電阻（壓敏電阻）。與交流SSR相比，直流SSR內(nèi)部沒有過零控制電路和緩沖電路，開關(guān)元件通常采用大功率晶體管。此外，其他工作原則也是一樣的。

固態(tài)繼電器的輸入輸出電路可以通過兩種方式進(jìn)行隔離和耦合：光電耦合和變壓器耦合。光電耦合通常采用光電二極管-光電晶體管、光電二極管-雙向光控晶閘管、光伏電池實(shí)現(xiàn)控制側(cè)和負(fù)載側(cè)隔離控制;高頻變壓器耦合是將輸入控制信號(hào)產(chǎn)生的自激高頻信號(hào)耦合到次級(jí)，經(jīng)邏輯電路檢測(cè)整流，處理形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

SSR根據(jù)使用場合可分為交流型和直流型。它們用作交流或直流電源上的負(fù)載開關(guān)，不能混合使用。

SSR的電源開關(guān)直接連接到電源和負(fù)載側(cè)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載電源的開關(guān)。主要采用大功率晶體管、單向晶閘管（晶閘管或SCR）、雙向晶閘管（可控硅）、功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（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AC/DC輸出電路。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。直流輸出可使用雙極器件或功率場效應(yīng)管，交流輸出通常采用兩個(gè)晶閘管或一個(gè)雙向晶閘管。交流固態(tài)繼電器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)繼電器按開啟和關(guān)閉的時(shí)間可分為隨機(jī)交流固態(tài)繼電器和過零交流固態(tài)繼電器。

二、固態(tài)繼電器特性、優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)

固態(tài)繼電器的特性：

1.SSR沒有內(nèi)部機(jī)械元件，結(jié)構(gòu)中全密封灌注。因此，SSR具有抗振、耐腐蝕、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

2.低噪音。交流SSR采用過零觸發(fā)技術(shù)，從而有效降低了線路上的電壓上升率dv/dt和電流上升率di/dt，使SSR在長期工作中對(duì)電源的干擾最小。

3.開關(guān)時(shí)間短，因此SSR可用于高頻應(yīng)用。

4.輸入電路和輸出電路之間采用光電隔離，絕緣電壓大于2500V。

5.低輸入功耗，兼容TTL和COMS電路。

6.保護(hù)電路設(shè)置在輸出端子中。

7.高負(fù)載能力。

固態(tài)繼電器的優(yōu)點(diǎn)：

高壽命，高可靠：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，可靠性高。

靈敏度高，控制功率小、電磁兼容性強(qiáng)：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。

快速轉(zhuǎn)換：采用固體其間，切換速度可從幾毫秒至幾微妙。

電磁干擾?。汗虘B(tài)繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。

固態(tài)繼電器的缺點(diǎn)：

抗干擾能力與耐輻射能力較差、工作可靠性低。

不能實(shí)現(xiàn)理想的電隔離。

大功率固態(tài)繼電器的體積較大，成本較高。

固態(tài)繼電器對(duì)過載有較大的敏感性，其負(fù)載能力隨溫度升高而迅速下降。

三、固態(tài)光耦繼電器APH2223（國產(chǎn)替代系列）

這是一顆型號(hào)為APH2223的光耦固態(tài)繼電器，它是松下的一款可控硅輸出固態(tài)繼電器。它是擁有0.9A的最大負(fù)載電流、600V的最大負(fù)載電壓、隨機(jī)切換類型、8引腳貼片封裝的交流負(fù)載控制開關(guān)。如圖。

這是它的原理圖。第2引腳為輸入的正極，第1、3、4引腳在芯片內(nèi)部互通，引出為輸入的負(fù)極。第8引腳與5、6引腳之間分別連接一只雙向可控硅，構(gòu)成了芯片的輸出。

一般使用第6引腳配合第8引腳連接負(fù)載即可。如圖：

APH2223在結(jié)構(gòu)上，就是將一只發(fā)光二極管與兩只光敏雙向可控硅封裝在一起。如圖：

探究一下光敏雙向可控硅的作用：這是二極管，它可以很輕松地將交流電整流為脈動(dòng)直流電，如圖5。但是何時(shí)導(dǎo)通何時(shí)截止卻無法控制。

改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再引出一個(gè)控制極G。這時(shí)就可以通過這只引腳來控制器件的導(dǎo)通與關(guān)斷了。這就是單向可控硅。如圖。

但是單向可控硅的導(dǎo)通方向固定，無法反向?qū)ǎ谑俏覀儗芍粏蜗蚩煽毓璺聪虿⒙?lián)，這樣，其導(dǎo)通方向就隨著觸發(fā)信號(hào)極性的改變而改變，這就是雙向可控硅流。

特點(diǎn)：

1.緊湊傾斜類型SSR這是理想用于AC負(fù)載控制

2.支持0.3A，0.6A，0.9A和1.2A開啟狀態(tài)rms電流。

3.1.2A型使用A DIP 8針包裝節(jié)省空間（僅競爭對(duì)手提供A 16針型。）

4.能同時(shí)處理100和200伏的AC負(fù)載，此繼電器處理A單個(gè)產(chǎn)品中的兩個(gè)電壓對(duì)于用戶不需要使用兩個(gè)類型來管理單獨(dú)零件號(hào)。

5.高介電強(qiáng)度：5000V AC（在輸入和輸出之間）

6.提供兩種類型：零交叉類型和非零交叉類型

典型應(yīng)用：1.家用電器（空調(diào)，微波爐，洗衣機(jī)，個(gè)人衛(wèi)生系統(tǒng)，冰箱，風(fēng)扇加熱器，感應(yīng)加熱炊具，和熱水器等）；2.工業(yè)設(shè)備市場。

APH2223在工作時(shí)，其內(nèi)部進(jìn)行的是兩個(gè)相反的光電轉(zhuǎn)換的過程，輸入端的發(fā)光二極管將電能以光子的形式釋放出來。輸出端的光敏可控硅，接收光電子帶來的能量，在光電導(dǎo)效應(yīng)下，引起光電發(fā)射，產(chǎn)生光電流，從而使輸出端導(dǎo)通。

審核編輯：湯梓紅