交流固態繼電器

交流固態繼電器ssr(solid state releys)是一種無觸點通斷電子開關，它利用電子元件(如開關三極體、雙向可控矽等半導體器件)的開關特性，可達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。為實現輸入與輸出之間的電氣隔離，器件中採用了高耐壓的專業光電耦合器。當施加輸入信號後，其主迴路呈導通狀態，無信號時呈阻斷狀態。整個器件無可動部件及觸點，可實現相當於常用電磁繼電器一樣的功能。其封裝形式也與傳統電磁繼電器基本相同。它問世於70年代，由於它的無觸點工作特性，使其在許多領域的電控及計算機控制方面得到日益廣范的套用。

原理、結構

固態繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。按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，正負邏輯控制和反相等功能。固態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，通常使用兩個可控矽或一個雙向可控矽，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。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載的開關，不能混用。 　下面以交流型的 ssr為例來說明它的工作原理，圖2是它的工作原理框圖，圖1中的部件1～4構成交流ssr的主體，從整體上看，ssr只有兩個輸入端(a和b)及兩個輸出端(c和d)，是一種四端器件。工作時只要在a、b上加上一定的控制信號，就可以控制c、d兩端之間的“通”和“斷”，實現“開關”的功能，其中耦合電路的功能是為a、b端輸入的控制信號提供一個輸入/輸出端之間的通道，但又在電氣上斷開ssr中輸入端和輸出端之間的(電)聯繫，以防止輸出端對輸入端的影響，耦合電路用的元件是“光耦合器”，它動作靈敏、回響速度高、輸入/輸出端間的絕緣(耐壓)等級高；由於輸入端的負載是發光二極體，這使ssr的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用可直接與計算機輸出接口相接，即受“1”與“0”的邏輯電平控制。觸發電路的功能是產生合乎要求的觸發信號，驅動開關電路④工作，但由於開關電路在不加特殊控制電路時，將產生射頻干擾並以高次諧波或尖峰等污染電網，為此特設“過零控制電路”。所謂“過零”是指，當加入控制信號，交流電壓過零時，ssr即為通態；而當斷開控制信號後，ssr要等待交流電的正半周與負半周的交界點(零電位) 時，ssr才為斷態。這種設計能防止高次諧波的干擾和對電網的污染。吸收電路是為防止從電源中傳來的尖峰、浪涌(電壓)對開關器件雙向可控矽管的衝擊和干擾(甚至誤動作)而設計的，一般是用“r-c”串聯吸收電路或非線性電阻(壓敏電阻器)。
直流型的ssr與交流型的ssr相比，無過零控制電路，也不必設定吸收電路，開關器件一般用大功率開關三極體，其它工作原理相同。不過，直流型ssr在使用時應注意： 　1 負載為感性負載時，如直流電磁閥或電磁鐵，應在負載兩端並聯一隻二極體，極性如圖3所示，二極體的電流應等於工作電流，電壓應大於工作電壓的4倍。
2 ssr工作時應儘量把它靠近負載，其輸出引線應滿足負荷電流的需要。 　3 使用電源屬經交流降壓整流所得的，其濾波電解電容應足夠大。 　固態繼電器(ssr)與機電繼電器相比，是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器，但它具有與機電繼電器本質上相同的功能。ssr是一種全部由固態電子元件組成的無觸點開關元件，他利用電子元器件的點，磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極體，功率場效應管，單項可控矽和雙向可控矽等器件的開關特性，來達到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。

特點

ssr成功地實現了弱信號 (vsr)對強電(輸出端負載電壓)的控制。由於光耦合器的套用，使控制信號所需的功率極低(約十餘毫瓦就可正常工作)，而且vsr所需的工作電平與 ttl、htl、cmos等常用積體電路兼容，可以實現直接聯接。這使ssr在數控和自控設備等方面得到廣泛套用。在相當程度上可取代傳統的“線圈-簧片觸點式”繼電器(簡稱“mer”)。 　ssr由於是全固態電子元件組成，與mer相比，它沒有任何可動的機械部件，工作中也沒有任何機械動作； ssr由電路的工作狀態變換實現“通”和“斷”的開關功能，沒有電接觸點，所以它有一系列mer不具備的優點，即工作高可靠、長壽命(有資料表明ssr的開關次數可達108-109次，比一般mer的106高几百倍)；無動作噪聲；耐振耐機械衝擊；安裝位置無限制；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。這些特點使ssr可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、車載武器系統)、化工、井下採煤和各種工業民用電控設備的套用中大顯身手，具有超越mer的技術優勢。 　交流型ssr由於採用過零觸發技術，因而可以使ssr安全地用在計算機輸出接口上，不必為在接口上採用mer而產生的一系列對計算機的干擾而煩惱。此外，ssr還有能承受在數值上可達額定電流十倍左右的浪涌電流的特點。

優點

1.高壽命，高可靠:ssr沒有機械零部件，有固體器件完成觸點功能，由於沒有運動的零部件，因此能在高衝擊，振動的環境下工作，由於組成固態繼電器的元器件的固有特性，決定了固態繼電器的壽命長，可靠性高。 　2.靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態繼電器的輸入電壓範圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯積體電路兼容不需加緩衝器或驅動器。 　3.快速轉換:固態繼電器因為採用固體其間，所以切換速度可從幾毫秒至幾微妙。 　4.電磁干擾笑:固態繼電器沒有輸入‘線圈“，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態效應。

技術參數

1輸入電壓範圍：在環境溫度25'c下，固態繼電器能夠工作的輸入電壓範圍。 　2輸入電流：在輸入電壓範圍內某一特定電壓對應的輸入電流值。 　3接通電壓：在輸入端加該電壓或大於該電壓值時，輸出端確保導通。 　4關斷電壓：在輸入端加該電壓或小於該電壓值時，輸出端確保導通。 　5反極性電壓：能夠加在繼電器輸入端上，而不應起永久性破壞的最大允許反向電壓。 　6額定輸出電流：環境25'c時的最大穩態工作電流。 　7額定輸出電壓：能夠承受的最大負載工作電壓。 　8輸出電壓降：當繼電器處於導通時，在額定輸出電流下測得的輸出端電壓。 　9輸出漏電流：當繼電器處於關斷狀態施加額定輸出電壓時，流經負載的電流值。 　10接通時間：當繼電器接通時，加輸入電壓到接通電壓開始至輸出達到其電壓最終變化的90]為止之間的時間間隔。 　11關斷時間：當繼電器關斷時，切除輸入電壓到關斷電壓開始至輸出達到其電壓最終變化的10]為止之間的時間間隔。 　12過零電壓：對交流過零型固態繼電器，輸入端加入額定電壓，能使繼電器輸出端導通的最大起始電壓。 　13最大浪涌電壓：繼電器能承受的而不致造成永久性損壞的非重複浪涌(或過載)電流。 　14電器系統峰值：在繼電器工作狀態繼電器輸出端能夠承受的最大迭加的瞬時峰值擊穿電壓。 　15電壓指數上升率dv/dt：繼電器的輸出元件能夠承受的不使其導通的電壓上升率。 　16工作溫度：繼電器安規範安裝或不安裝散熱板時，其正常工作的環境溫度範圍。