固態(tài)繼電器(SSR)是一種由半導(dǎo)體制成的電子開關(guān)設(shè)備，可在其控制端子上使用低電壓來切換(開和關(guān))高壓電路。與具有線圈和機(jī)械開關(guān)(物理觸點(diǎn))的EMR(電磁繼電器)不同，SSR繼電器使用光耦合器將控制電路與受控電路隔離。SSR(固態(tài)繼電器)和EMR(電磁繼電器)或觸點(diǎn)繼電器的操作是相同的，而SSR和EMR之間的主要區(qū)別在于SSR繼電器中沒有機(jī)械部件和觸點(diǎn)。通常，SSR有1a個(gè)觸點(diǎn)，而EMR有多個(gè)觸點(diǎn)。固態(tài)繼電器和電磁繼電器的另一個(gè)區(qū)別是固態(tài)繼電器在運(yùn)行過程中沒有浪涌和噪聲。SSR繼電器中存在大約幾μA到mA的漏電流的可能性，而EMR中的漏電流值為零(0)。另一方面，與EMR繼電器相比，SSR在0負(fù)載電流點(diǎn)關(guān)閉交流負(fù)載，這導(dǎo)致在感性負(fù)載的情況下消除噪聲、觸點(diǎn)彈跳和電弧。本文主要為大家介紹固態(tài)繼電器的類型與應(yīng)用。
固態(tài)繼電器
1.類型
有不同類型的SSR(固態(tài))繼電器。它們可以根據(jù)輸入/輸出形式或開關(guān)屬性進(jìn)行分類。
1.1基于輸入/輸出的分類
以下是根據(jù)其輸入和輸出電路(AC/DC)分類的一些常見類型的SSR繼電器。
DC-AC SSR繼電器：該繼電器在直流輸入下工作以切換交流負(fù)載電路。此SSR繼電器的控制輸入僅在直流輸入上運(yùn)行。該繼電器在交流輸入上不工作的事實(shí)是因?yàn)楣怦詈掀髟谥绷魃瞎ぷ鳌Ｋ妮斎攵俗右彩怯蟹较虻摹７崔D(zhuǎn)輸入的極性不會(huì)激活繼電器。有一個(gè)二極管用于防止輸入的反極性。即使在施加所需的輸入后，該SSR的輸出開關(guān)也不會(huì)激活，只有當(dāng)交流電壓施加到其輸出端子時(shí)才會(huì)激活。
AC-AC SSR繼電器：SSR繼電器僅在輸入和輸出兩個(gè)電路都為交流電時(shí)工作。眾所周知，光耦合器在直流電壓下工作。因此在光耦合器之前使用整流器將交流轉(zhuǎn)換為直流。當(dāng)足夠的交流電壓施加到其輸入控制端子時(shí)，它會(huì)激活提供交流負(fù)載電流的流動(dòng)。
DC-DC SSR繼電器：該繼電器可以使用低功率直流電源切換高功率直流負(fù)載。直流輸入應(yīng)用于光耦合器。但是，要切換直流負(fù)載，需要使用功率MOSFET或IGBT。Mosfet僅在一個(gè)方向上傳導(dǎo)電流，因此還必須確保使用正確的極性連接輸出負(fù)載。保護(hù)二極管用于避免在反極性期間損壞。如果有感性負(fù)載，則應(yīng)與負(fù)載一起使用續(xù)流二極管。
DC-AC/DC SSR繼電器：這種類型的SSR繼電器可以使用單獨(dú)的端子切換交流和直流負(fù)載。這種SSR繼電器使用與公共源極端子串聯(lián)的MOSFET來切換AC和DC電路。作為光傳感器的光電二極管單元陣列，它在LED激活時(shí)產(chǎn)生電壓。該電壓施加到串聯(lián)連接的N-MOSFET的柵極和源極。要將此繼電器用于交流電路，請(qǐng)使用MOSFET的漏極端子，源極端子應(yīng)保持未使用。使用直流電路時(shí)，MOSFET的漏極和源極端子用于開關(guān)。
1.2基于開關(guān)特性的分類
SSR繼電器也根據(jù)其開關(guān)特性進(jìn)行分類，如下所示。這些繼電器控制交流電路并用于控制特定應(yīng)用中的所需輸出。
即時(shí)開啟SSR繼電器：只要施加足夠的輸入電壓，這種類型的繼電器就會(huì)立即接通負(fù)載電路。在移除控制輸入后，它會(huì)在下一個(gè)負(fù)載電壓過零時(shí)關(guān)閉。
零開關(guān)SSR繼電器：當(dāng)施加輸入電壓并且負(fù)載交流電壓跨越下一個(gè)零電壓時(shí)，這種繼電器會(huì)打開。當(dāng)輸入電壓被移除且負(fù)載交流電壓達(dá)到零伏時(shí)，它會(huì)像普通SSR繼電器一樣關(guān)閉。零開關(guān)繼電器的操作是通過一個(gè)稱為過零電路的電路來實(shí)現(xiàn)的，該電路檢測(cè)過零并激活三端雙向可控硅開關(guān)元件。
峰值開關(guān)SSR繼電器：在施加所需的輸入控制電壓后，當(dāng)輸出交流電壓達(dá)到下一個(gè)峰值時(shí)，這些類型的SSR繼電器會(huì)打開。在移除輸入電壓和輸出交流電流的零交叉后，它也會(huì)關(guān)閉。這些繼電器中使用了一個(gè)峰值檢測(cè)塊，當(dāng)輸出交流周期達(dá)到峰值時(shí)，它會(huì)觸發(fā)TRIAC。
模擬開關(guān)SSR繼電器：雖然這些其他類型的SSR開關(guān)取決于輸出交流周期，但該繼電器的開關(guān)取決于其輸入幅度。模擬SSR繼電器的啟動(dòng)輸出電壓與輸入控制電壓成正比。假設(shè)3-32v直流輸入繼電器的3v代表0%&32v代表負(fù)載交流峰值電壓的100%。當(dāng)控制輸入被移除時(shí)，繼電器在下一個(gè)輸出交流零交叉時(shí)關(guān)閉。
1.3基于桿子和投擲的分類
SSR繼電器根據(jù)其極擲配置分為三種類型或“形式”。
A型或SPSTNO型SSR：A型SSR繼電器是具有常開(NO)端子的SPST(單刀單擲)繼電器。無外部控制輸入時(shí)，輸出負(fù)載端子常開。當(dāng)繼電器激活時(shí)，輸出端子連接在一起并允許電流流動(dòng)。光電二極管單元用作光接收器，具有公共源的增強(qiáng)型MOSFET用于切換負(fù)載電路。
B型或SPSTNC型SSR：B型SSR繼電器具有常閉負(fù)載端子。輸出負(fù)載端子通常連接并在沒有控制輸入時(shí)允許電流流動(dòng)。提供控制輸入將打開負(fù)載端子并停止電流流動(dòng)。這種類型的繼電器使用耗盡型MOSFET，它在零輸入時(shí)導(dǎo)通，并在其Vgs為負(fù)時(shí)關(guān)閉。
C型或SPDT型SSR：C型SSR繼電器有兩個(gè)開關(guān)投擲端子。共有三個(gè)負(fù)載端子，即Common、NC和NO。繼電器不動(dòng)作時(shí)，公共端與NC端保持連接。當(dāng)繼電器激活，所述公共端連接到所述NO終端。還有一個(gè)控制開關(guān)電路，通過在其開關(guān)之間提供時(shí)間延遲來防止MOSFET同時(shí)導(dǎo)通。
2.應(yīng)用
2.1主要應(yīng)用
燈光控制系統(tǒng)：固態(tài)繼電器的快速開關(guān)、長(zhǎng)壽命和高可靠性使其在光控系統(tǒng)中表現(xiàn)出色。在交通信號(hào)燈領(lǐng)域，交通信號(hào)燈的工作環(huán)境復(fù)雜，但具有優(yōu)良特性(防潮、防爆、防腐)的固態(tài)繼電器卻可以應(yīng)對(duì)。并且固態(tài)繼電器可以滿足頻繁關(guān)閉和打開的標(biāo)志/信號(hào)閃爍交通燈的要求，因?yàn)樗鼈兛梢员３?0毫秒或更長(zhǎng)的切換間隔。而在舞臺(tái)燈光控制系統(tǒng)中(通常應(yīng)用于戲劇、舞蹈、歌劇等表演藝術(shù)的制作)，固態(tài)繼電器可以配合電腦系統(tǒng)控制多盞燈，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的燈光效果，增加舞臺(tái)氣氛.
遙控系統(tǒng)：遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通常需要小電流信號(hào)來控制大功率設(shè)備，例如電動(dòng)機(jī)、脈沖閥和其他機(jī)械。作為一種無機(jī)械觸點(diǎn)的電子開關(guān)元件，固態(tài)繼電器被廣泛應(yīng)用于遙控系統(tǒng)中，具有以下優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)：控制靈活、可靠性高、耐用性高、無火花、無噪音、開關(guān)速度快、工作頻率高、抗干擾能力強(qiáng)，等等。
計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)械：計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)械(數(shù)控機(jī)床)中的許多傳統(tǒng)機(jī)械繼電器正逐漸被固態(tài)繼電器所取代。由于優(yōu)異的耐用性和高靈敏度能力，固態(tài)繼電器的應(yīng)用確保了CNC加工的高精度和高質(zhì)量。在數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)中，固態(tài)繼電器可以不斷地接收控制信號(hào)，準(zhǔn)確地控制加工機(jī)。
加熱/冷卻設(shè)備：通常，有三種方式來控制加熱/冷卻設(shè)備：固態(tài)繼電器(SSR)、晶閘管模塊(SCR模塊)、交流接觸器。目前，固態(tài)繼電器和SCR模塊在制冷/加熱設(shè)備中非常普遍，但相比之下，SCR模塊不具有成本效益，因此固態(tài)繼電器在加熱/制冷設(shè)備中最為常見，例如電烤箱、咖啡機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)機(jī)器、烤盤、炸鍋、空調(diào)、冰箱等。固態(tài)繼電器在溫度控制設(shè)備中也表現(xiàn)良好。定時(shí)器控制SSR、微控制器控制SSR和PID控制SSR(比例-積分-微分控制器)用于溫度控制設(shè)備，以保持設(shè)備的溫度穩(wěn)定性，如HVAC(加熱、通風(fēng)和空調(diào))。
醫(yī)療設(shè)備：在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，設(shè)備對(duì)工作頻率和精確操作有嚴(yán)格的要求，因此醫(yī)療設(shè)備的部件應(yīng)具有良好的性能(高精度、耐用性等)。固態(tài)繼電器可以滿足大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備的這些需求，例如紅外輻射設(shè)備具有巨大的熱慣性，但是通過將固態(tài)繼電器連接到輻射板，控制紅外輻射的溫度變得非常容易設(shè)備通過固態(tài)繼電器。
電動(dòng)汽車：固態(tài)繼電器廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域。例如，防爆固態(tài)繼電器用于燃料電池汽車(氫燃料電池)，以避免在振動(dòng)過程中產(chǎn)生電弧和誤操作。此外，每個(gè)高壓電源單元都由多個(gè)固態(tài)繼電器、保險(xiǎn)絲和濾波電容器的組合保護(hù)。
化工和采礦業(yè)：考慮到化工、礦山等行業(yè)的復(fù)雜工況和特殊要求(防爆、防潮、防腐能力)，傳統(tǒng)的機(jī)械繼電器無法滿足這樣的要求，因此大量采用固態(tài)繼電器來滿足要求。大型采煤電梯的固態(tài)繼電器等重大機(jī)械設(shè)備的中間控制器。
電腦控制系統(tǒng)：該計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(包括計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備)具有繼電器的高要求，但類型的各種固態(tài)繼電器的可以幫助計(jì)算機(jī)裝置控制什錦動(dòng)力單元來驅(qū)動(dòng)大的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備，或液壓和氣動(dòng)設(shè)備，因?yàn)楣腆w狀態(tài)繼電器具有過零、電磁兼容性好、靈敏度高、開關(guān)速度快、控制信號(hào)電平低、兼容邏輯電路(TTL、CMOS、DTL、HTL)甚至可以直接與微機(jī)連接等特點(diǎn)控制裝置等。
2.2其它應(yīng)用
工業(yè)設(shè)備：工業(yè)加工、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化裝配線等
廚房/家用電器：廚房電器,家用電器等
電機(jī)：直流電機(jī)、交流電機(jī)、可逆電機(jī)等
自動(dòng)控制系統(tǒng)：可編程控制器、電控柜等
辦公設(shè)備：打印機(jī)、碎紙機(jī)等
電池管理系統(tǒng)：后備電源、充電樁、新能源等
焊接/切割機(jī)：點(diǎn)焊機(jī)、電焊機(jī)、等離子切割機(jī)等
燈光控制系：舞臺(tái)燈光、智能燈光、交通燈等
醫(yī)療器械：超聲波振蕩器、高壓釜等
3.關(guān)于固態(tài)繼電器的常見問題
3.1固態(tài)繼電器有什么用?
固態(tài)繼電器(SSR)是一種電氣開關(guān)，可用于使用另一個(gè)電氣輸入來打開和關(guān)閉設(shè)備。與機(jī)電繼電器(EMR)不同，SSR使用半導(dǎo)體開關(guān)和光電子學(xué)，而不是磁性和移動(dòng)觸點(diǎn)。
3.2固態(tài)繼電器生命周期是多久?
他們有無限的壽命。同樣，如果沒有可動(dòng)觸點(diǎn)，就不會(huì)磨損部件，也不會(huì)積碳。EMR的平均壽命為100萬次循環(huán)，而SSR的壽命大約是其100倍。
3.3為什么固態(tài)繼電器失效的原因是什么?
如果環(huán)境溫度超過額定值，SSR輸出元件可能會(huì)損壞。如果SSR在其輸出端子的螺絲松動(dòng)或焊接不完善的情況下使用，當(dāng)電流流動(dòng)時(shí)異常發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致SSR燒毀。執(zhí)行正確的接線和焊接。
3.4固態(tài)繼電器的開關(guān)特點(diǎn)是什么?
固態(tài)繼電器(SSR)是一種電子開關(guān)設(shè)備，可在其控制端子上施加外部電壓(交流或直流)時(shí)打開或關(guān)閉。它的功能與機(jī)電繼電器相同，但沒有移動(dòng)部件，因此使用壽命更長(zhǎng)。
3.5固態(tài)繼電器安全嗎?
固態(tài)繼電器是系統(tǒng)可靠性的首選，因?yàn)樗鼈儧]有移動(dòng)部件或觸點(diǎn)。固態(tài)繼電器沒有任何活動(dòng)部件,因此它們不受物理沖擊和振動(dòng)的影響，使其成為高振動(dòng)應(yīng)用和環(huán)境的理想選擇。
3.6固態(tài)繼電器需要散熱片嗎?
需要散熱器來確保固態(tài)繼電器的正常運(yùn)行和長(zhǎng)期可靠性，因?yàn)樗鼈兲峁┝艘环N方法來將SSR通常產(chǎn)生的功率耗散到周圍的環(huán)境空氣中并保持安全的工作溫度。
3.7固態(tài)繼電器怎么測(cè)好壞?
連接負(fù)載和電源，并在輸入ON和OFF的情況下檢查負(fù)載端子的電壓。SSR關(guān)閉時(shí)，輸出電壓將接近負(fù)載電源電壓。隨著SSR開啟，電壓將下降到大約1V。如果虛擬負(fù)載是輸出功率約為100W的燈，則可以更清楚地檢查這一點(diǎn)。(但是，燈的容量必須在SSR的額定范圍內(nèi)。)
3.8固態(tài)繼電器有常開和常閉嗎?
大多數(shù)固態(tài)繼電器都有一個(gè)常開輸出——也就是說，在沒有控制信號(hào)的情況下，繼電器輸出是不導(dǎo)通的。某些特定類型的固態(tài)繼電器具有常閉輸出，因此在沒有控制信號(hào)的情況下繼電器輸出會(huì)導(dǎo)通。標(biāo)準(zhǔn)SSR具有單個(gè)常開(NO)輸出布置。但是，有許多應(yīng)用需要相反的常閉(NC)配置，當(dāng)輸入級(jí)通電時(shí)輸出級(jí)打開。
以上就是固態(tài)繼電器類型與應(yīng)用的介紹了。在許多電子電路設(shè)計(jì)中，需要在更傳統(tǒng)的機(jī)電繼電器和固態(tài)繼電器之間進(jìn)行選擇。在許多方面，這兩種技術(shù)非常不同，但在大量電路設(shè)計(jì)中，有可能使用其中一種。與任何技術(shù)一樣，它們的使用有利也有弊。對(duì)于固態(tài)繼電器來說確實(shí)如此——雖然它們比機(jī)電繼電器等其他替代品提供了許多優(yōu)勢(shì)，但它們也有一些缺點(diǎn)。技術(shù)的實(shí)際選擇必須考慮所有選項(xiàng)，以便做出正確的選擇。
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