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。隔離裝置用于實現(xiàn)控制端與負載端之間的隔離。固態(tài)繼電器的輸入端使用微小的控制信號直接驅動大電流負載。

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器件，可以以較小的控制信號驅動大電流負載。它利用電子元件（如開關晶體管、三端雙向可控硅等半導體器件）的開關特性，可以達到無接觸和火花的導通和斷開電路的目的，因此也稱為“非接觸開關”。固態(tài)繼電器是四端有源器件，其中兩個是輸入控制端子，另外兩個端子是輸出控制端子。它兼具放大和驅動功能和隔離功能，非常適合驅動大功率開關執(zhí)行器。與電磁繼電器相比，固態(tài)繼電器具有以下優(yōu)點：可靠性高、無接觸、無火花、壽命長、開關速度快、抗干擾能力強、體積小。廣泛應用于數(shù)控機床、遠程控制系統(tǒng)、工業(yè)自動化設備、化工、醫(yī)療設備、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個輸入端子（A&B）和0個輸出端子（C&D），是一個四端子有源器件。

工作時，只要在A和B上加入一定的控制信號，就可以控制C和D兩端之間的“開”和“關”，可以實現(xiàn)“開關”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。由于輸入端的負載是發(fā)光二極管，這使得SSR的輸入端易于匹配輸入信號電平，并且在使用時可以直接連接到計算機輸出接口，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，以驅動開關電路（4）工作，但由于開關電路沒有添加特殊的控制電路，會產(chǎn)生射頻干擾，污染電網(wǎng)的高諧波或尖峰。因此，設計了“過零控制電路”。所謂“過零”是指當增加控制信號，交流電壓過零時，SSR處于導通狀態(tài);當控制信號斷開時，SSR等待交流電的正半周期和負半周期的交點，SSR處于關斷狀態(tài)。這種設計可以防止高次諧波干擾和對電網(wǎng)的污染。吸收電路旨在防止開關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內部沒有過零控制電路和緩沖電路，開關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、光伏電池實現(xiàn)控制側和負載側隔離控制;高頻變壓器耦合是將輸入控制信號產(chǎn)生的自激高頻信號耦合到次級，經(jīng)邏輯電路檢測整流，處理形成驅動信號。

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載開關，不能混合使用。

SSR的電源開關直接連接到電源和負載側，實現(xiàn)負載電源的開關。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管，交流輸出通常采用兩個晶閘管或一個雙向晶閘管。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)繼電器按開啟和關閉的時間可分為隨機交流固態(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)點及特點

固態(tài)繼電器的特性：

1.SSR沒有內部機械元件，結構中全密封灌注。因此，SSR具有抗振、耐腐蝕、壽命長、可靠性高等優(yōu)點。

2.低噪音。交流SSR采用過零觸發(fā)技術，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在長期工作中對電源的干擾最小。

3.開關時間短，因此SSR可用于高頻應用。

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.保護電路設置在輸出端子中。

7.高負載能力。

固態(tài)繼電器的優(yōu)點：

高壽命，高可靠：在高沖擊、振動的環(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：固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。

快速轉換：采用固體其間，切換速度可從幾毫秒至幾微妙。

電磁干擾小：固態(tài)繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。

固態(tài)繼電器的缺點：

抗干擾能力與耐輻射能力較差、工作可靠性低。

不能實現(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)繼電器對過載有較大的敏感性，其負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的最大負載電流、600V的最大負載電壓、隨機切換類型、8引腳貼片封裝的交流負載控制開關。如圖。

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

一般使用第6引腳配合第8引腳連接負載即可。如圖：

APH2223在結構上，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直流電，如圖5。但是何時導通何時截止卻無法控制。

改變內部結構，再引出一個控制極G。這時就可以通過這只引腳來控制器件的導通與關斷了。這就是單向可控硅。如圖。

但是單向可控硅的導通方向固定，無法反向導通，于是我們將兩只單向可控硅反向并聯(lián)，這樣，其導通方向就隨著觸發(fā)信號極性的改變而改變，這就是雙向可控硅流。

特點：

1.緊湊傾斜類型SSR這是理想用于AC負載控制

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（僅競爭對手提供A 16針型。）

4.能同時處理100和200伏的AC負載，此繼電器處理A單個產(chǎn)品中的兩個電壓對于用戶不需要使用兩個類型來管理單獨零件號。

5.高介電強度：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

典型應用：1.家用電器（空調，微波爐，洗衣機，個人衛(wèi)生系統(tǒng)，冰箱，風扇加熱器，感應加熱炊具，和熱水器等）；2.工業(yè)設備市場。

APH2223在工作時，其內部進行的是兩個相反的光電轉換的過程，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，在光電導效應下，引起光電發(fā)射，產(chǎn)生光電流，從而使輸出端導通。

審核編輯：湯梓紅