概述

???? 固體繼電器（SSR）是繼電器技術發展的一大趨勢，也是近幾年市場需求增長最快的繼電器，在全球繼電器中的比例約為8%。據預測，2001-2004年世界固體繼電器年均增長率約為8.4%。受測試設備、工業控制系統及PC應用的刺激，2003年對工業用SSR的需求增長兩倍左右。通訊、微處理器控制及安全設備用的SSR需求增長20%以上。據Frost & Sullivan報告，有從機電繼電器轉向較貴的固體繼電器趨勢。

???? 固體繼電器的主要優點是：

（1） 無運動零部件，無機械磨損，無動作噪聲，無機械故障，可靠性高；

（2） 無燃弧觸點，無觸點間的火花、電弧，無觸點抖動和磨損，對外干擾小；

（3） 開關速度迅速，動作時間可達10-3S以下；

（4） 靈敏度高，控制功率小，可達10-3以下，能很好地與TTL、CMOS電路兼容；

（5） 抗沖擊振動性能優良，容易實現“零”壓切換；

（6） 一般用絕緣材料灌封成全封閉整體，所以具有良好的防潮、防霉、防腐性能，防爆性能也極佳；

（7） 半導體器件作為開關工作，壽命長；

（8） 易實現附加功能。

正因為SSR具有上述突出優點，其應用在不斷擴大。

與電磁斷電器相比，SSR有以下弱點：

（1） 固體“觸點”導通時有一定的壓降，可達1-2V，消耗一定的功率，直接影響SSR所控制的最大負電流和所允許的最高環境溫度，過載能力差，易導致熱損壞；

（2） 固體“觸點”斷開時存在一定的漏電流，使輸出回路不能真正斷電；

（3） 易受溫度和幅射影響，參數穩定性能差。由于它對瞬態失誤極敏感，有時要求附加保護器件；

（4） 一般來說，體積比機電式繼電器大，價格貴，對功率負載，還要加裝散熱片，進一步增加了空間與成本；

（5） 實現多組和多組轉換較為困難；

（6） 直流SSR一般分正極和負極輸出端，使用中通用性差；

（7） 通、斷阻抗比遠小于有觸點開關，抗干擾能力差。

??? 這些弱點的存在，使SSR的應用在一些方面受到限制。因而，SSR和機電繼電器將會較長期共存，互為補充、相互促進、結合發展，兩者將以各自的獨特的優點，在其最適合的領域里得到廣泛的應用。

?? SSR在美國和日本發展較快。在美國SSR占其繼電器市場份額達10%以上。而我國僅占繼電器市場1%左右，市場潛力較大。據預測，我國SSR市場將以每年20%的速度遞增，主要在電信、航空電子、數據處理、工業控制系統、辦公設備、汽車控制開關和測試設備、儀表等領域應用。

???? 固體繼電器使用中應注意的問題

???? SSR性能參數測試時應注意以下幾點：

1）測試直流SSR接通和關斷電壓時，輸入電壓不能長時間處于接通與關斷之間，否則輸出端功耗急劇上升，容易燒壞輸出開關元件。

2）測試中不要隨意加快動作速率（一般輸入信號的一個周期長應為接通和關斷時間之和的10倍以上）,否則因動態開關損耗大無法工作，甚至燒壞輸出開關元件。

3）測試時，首先要了解輸出電流與殼溫（環境溫度）之間的關系曲線（殼溫上升或不帶散熱器時額定輸出電流會下降），避免過載引起永久性失效。

4）SSR在關斷狀態下輸出兩端不能實現完全的隔離，存在一定的漏電流,在較高電壓下測試介質耐壓和絕緣電阻在使用時，易發生觸電事故。輸出兩端絕不可測試絕緣電阻或耐壓。

SSR使用中應注意的問題

1）在實際使用時，必須使產品的實際使用條件完全符合產品各項參數和特性曲線的要求。

2）SSR受溫度影響較大，使用時要考慮好散熱(一般負載電流>5A時應裝散熱片)，當環境溫度高時，SSR的負載能力必然相應下降，因此選用SSR時須留有一定的余量。

3）當繼電器處于導通狀態時，將承受P=V（管壓降）×I（負載）的耗散功率。因此必須根據實際工作環境，合理選用散熱器的尺寸或降低負載電流使用。

4）SSR不允許過壓過流工作。由于白熾燈、電爐等負載的“冷阻”特性，將導致開通瞬間的浪涌電流（一般為額定負載電流的7倍或更大）。對此類負載，負載能力應留有充分的余量。

5）在實際運行中負載短路極易造成繼電器損壞。應采用快速熔斷器和空氣開關保護，避免因負載短路造成繼電器損壞。

6）輸入工作電壓的波動系數應保證在5%以內。

7）為了確保繼電器正常工作，環境溫度較低時應適當增大輸入電流，溫度較高時應適當減小輸入電流值。

8）若輸入電壓過高，接近或超過極限時，可外接限流電阻。

9）若用IC直接驅動繼電器輸入時，應有足夠的負載能力和盡可能低的“0”電平輸入。

輸出端工作條件：

為確保SSR可靠工作，必須正確使用繼電器的最大極限參數和采取必要的保護方法。

1） 峰值電壓選擇：對于不同性質的負載應正確選擇繼電器的最大峰值電壓。

電感負載：應選取線路電壓（有效值）的2-3倍。

純電阻負載：應選取線路電壓（有效值）的1.5-2倍。

2） 輸出端RC浪涌吸收回路：繼電器的內部裝有RC浪涌吸收網絡。可根據實際需要外接RC吸收網絡。

3） 電源端使用RC浪涌吸收回路：以消除電網在切換時產生的瞬變電壓對繼電器造成的損壞。

4） SSR開路時，開路電阻不是無窮大，產生一定的漏電流，設計線路時要注意到。

SSR常見失效及原因分析

1）、繼電器不斷開：

（1） 負載電流大于SSR的額定切換電流，這樣會使繼電器永久短路，此時應使用額定電流較大的SSR。

（2） 在繼電器所處的環境溫度下，對于所承受的電流來說如散熱不良，會損壞輸出半導體器件，此時應使用較大的或更有效的散熱片。

（3） 線電壓瞬變引起SSR輸出部分穿通，此時應使用額定電壓較高的SSR或提供額外的瞬態保護電路。

（4） 使用的線電壓高于SSR的額定電壓。

2）、切斷輸入后SSR才斷開：

???? 在SSR應該斷開的時候，測量輸入電壓，如果測得的電壓低于必須釋放電壓，表明斷電器的釋放電壓太低，應更換繼電器如果測得的電壓高于SSR的必須釋放電壓，則是SSR輸入端前面的線路有問題，必須改正。

3）、繼電器不導通

（1） 在繼電器應該導通時，測量輸入電壓，如果該電壓低于必須動作電壓，表明SSR輸入端前面的線路有問題；如果輸入電壓高于必須動作電壓，查對電源極性并在必要時加以更正。

（2） 測量SSR的輸入電流，如無電流，則系SSR開路，該繼電器有故障；如果有電流，但低于繼電器的動作值，是SSR前面的線路有問題，必須改正。

（3） 檢查SSR的輸入部分，測量SSR輸出兩端的電壓，如果電壓低于1V，表明繼電器以外的線路或負載開路并應進行修理；如果存在線電壓，則可能是負載短路，使電流過大引起繼電器失效。

繼電器工作不規則

1） 檢查所有接線是否正確、連接不牢或不正確產生的故障。

2） 檢查輸入和輸出的引線是否在一起。

3） 對于非常靈敏的SSR，噪聲也能耦合到輸入端而引起不規則導通。

交流電動機或螺線管負載造成顫動

由于交變的dv/dt問題，SSR可以有半周波動，此時，采用緩沖器是有幫助的。

固體繼電器技術發展趨勢

?? SSR一般由三個部分組成：輸入（控制電路）部分、隔離（或耦合）部分和輸出（或負載電路）部分。與機電繼電器相比，耦合部分是固態繼電器關鍵之一。按隔離形式SSR分為光隔離型與磁隔離型。

??? 光隔離式和變壓器式隔離直流性能比較如表1所示。光隔離式線路簡單，可以做到全硅化，輸入電壓范圍大，靈敏度高，輸出線路可以構成多種形式，但由于光耦中的發光二極管老化效應和受溫度影響圈套，使其壽命和可靠性受到一定限制。光MOS繼電器被認為是第三代SSR，其主要優點在于泄漏電流小，1/0隔離性好，輸出特性優良；變壓器隔離因是永久性器件，無明顯老化，其可靠性、溫度范圍、反應時間等都比光電隔離式優越。但因其有振蕩電路，在激勵期間一直在幅射電磁能，對外形成電磁干擾。

?? 我國SSR的主要生產廈門宏發電聲有限公司、廠家有青島大星電子有限公司、北京科通電子繼電器總廠、蘇州半導體廠、咸海新佳電子公司、北京希漫頓自動化研究所，陜西群力無線電器材廠（792廠）、江蘇高郵市東郊自動控制器件廠、北京特立電子有限公司、北京如春新技術開發研究所、上海超誠電子技術研究所、桂林航天電器公司、無錫市固態繼電器廠、無錫市康裕電器元件廠、蘇州無線電元件一廠、衢州電子繼電器研究所、杭州朗寧電子有限公司、樂清市利爾清繼電器有限公司、寧波陽明機電有限公司、齊齊哈爾電子半導體器件廠等。

??? 從SSR設計技術來講，各生產廠家的差異主要在線路設計、芯牌制造工藝及控制。縱觀全球，SSR技術發展方向：①減小導通電阻，擴大應用范圍。②降低大功率SSR的成本。目前，電功率SSR的售價已下降50%左右。③微小型化。SE系列SSR的質量僅4g。④高速化。⑤高壓/大電流牌式化。⑥耐高壓/大電流的三相繼電器電壓240V-480V電流通渠道50-150A，帶有AC/DC控制和零電壓開關。⑦開發特殊用途的SSR，如高可靠性SSR（耐振動、沖擊、抗輻照等）、高溫SSR（125℃、200℃）、射頻SSR、高壓SSR（10萬V）、高絕子元SSR（1015Ω）等。

??? SSR目前重點是開發低價位、高可靠、小型化家電用SSR、汽車用SSR、大功率SSR、智能化SSR及特種SSR。

??? 我國已將SSR列為新型電子元器件“十五”發展重點。隨著電子技術、光電子技術的SSR性能不斷提高，導通電阻降至? 以下，斷路漏電流1WA以下，天并時間降至10us以下，負載能力直流達1000A，可實現多組轉換。