固態繼電器（SOLIDSTATERELAYS，以下簡寫成“SSR”），是一種全部由固態電子元件組成的新型無觸點開關器件，它利用電子元件（如開關三極管、雙向可控硅等半導體器件）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，因此又被稱為“無觸點開關”。固態繼電器是一種四端有源器件，其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端。它既有放大驅動作用，又有隔離作用，很適合驅動大功率開關式執行機構，較之電磁繼電器可靠性更高，且無觸點、壽命長、速度快，對外界的干擾也小，已被得到廣泛應用 。

　　固態繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現輸入輸出的電隔離。固態繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。

　　固態繼電器的結構：

　　固態繼電器由三部分組成：輸入電路，隔離（耦合）和輸出電路。

　　輸入電路：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，可以方便的與TTL，MOS邏輯電路連接。 對于控制電壓固定的控制信號，采用阻性輸入電路。控制電流保證在大于5mA。對于大的變化范圍的控制信號（如3~32V）則采用恒流電路，保證在整個電壓變化范圍內電流在大于5mA可靠工作。

　　隔離耦合：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：光電耦合通常使用光電二極管—光電三極管，光電二極管—雙向光控可控 硅，光伏電池，實現控制側與負載側隔離控制；高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號產生的自激高頻信號經耦合到次級，經檢波整流，邏輯電路處理形成驅動信 號。

　　輸出電路：SSR的功率開關直接接入電源與負載端，實現對負載電源的通斷切換。主要使用有大功率晶體三極管（開關管-Transistor），單向可控硅 （Thyristor或SCR），雙向可控硅（Triac），功率場效應管（MOSFET），絕緣柵型雙極晶體管（IGBT）。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。按負載類型，可分為直流固態繼電器和交流固態繼電器。直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應 管，交流輸出時通常使用兩個可控硅或一個雙向可控硅。而交流固態繼電器又可分為單相交流固態繼電器和三相交流固態繼電器。交流固態繼電器，按導通與關斷的 時機，可分為隨機型交流固態繼電器和過零型交流固態繼電器。

　　如何配用適當的散熱器

　　除了額定電流1—5A直接安裝在印刷線路板上的固態繼電器以外，其余都應配置適當的散熱器，而且SSR底板與散熱器之間要涂上導熱硅脂，兩者緊密接觸，用螺絲擰緊。下面推薦一些規格SSR所用的散熱器，給用戶做參考。隨著使用條件的不同，用戶再做適當的調整。

　　如何保護SSR

　　A、過流保護。SSR是半導體功率器件，對溫度變化極為敏感，過流會使SSR損壞，通常使用快速熔斷器。但要了解它的保護特性，知道其熔斷電流與時間的關系，正確選擇與SSR標稱電流相適應的快熔。

　　B、加RC吸收回路。加RC回路不但有防止過電壓的作用，而且對改善dv/dt有好處。建議R為20—100Ω，功率為2—5W，C為0.1—0.47uf，耐壓為250—630v. SSR標稱電流小R取上限100Ω。

　　C、取下限0.1uf，反之，R取小值，C取大值。C、過熱保護SSR過熱，特性下降，輕則失控重則造成永久性損壞，建議在靠近SSR底板處加裝溫控開關，溫控點在75到80℃。

　　.D、在電感負載中串接電感L。在感應負載里，通常因電流變化率di/dt高而使SSR損壞。L電感量多大，這要根據體積大小和成本高低而定。

　　固態繼電器的工作原理：

　　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1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）聯系，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、響應速度高、輸入/輸出端間的絕緣（耐壓）等級高;由于輸入端的負載是發光二極管，這使SSR的輸入端很容易做到與輸入信號電平相匹配，在使用時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，但由于開關電路在不加特殊控制電路時，將產生射頻干擾并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;而當斷開控制信號后，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硅管的沖擊和干擾（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）。

　　過零觸發型AC—SSR為四端器件，其內部電路如圖1所示。1、2為輸入端，3、4為輸出端。R0為限流電阻，光耦合器將輸入與輸出電路在電氣上隔離開，V1構成反相器，R4、R5、V2和晶閘管V3組成過零檢測電路，UR為雙向整流橋，由V3和UR用以獲得使雙向晶閘管V4開啟的雙向觸發脈沖，R3、R7為分流電阻，分別用來保護V3和V4，R8和C組成浪涌吸收網絡，以吸收電源中帶有的尖峰電壓或浪涌電流，防止對開關電路產生沖擊或干擾。

　　要指出的是所謂“過零”并非真的必須是電源電壓波形的零處，而一般是指在10～25V或-（10～25）V區域內進行觸發，如圖2所示。圖中交流電壓分三個區域，Ⅰ區為-10V～+10V范圍，稱為死區，在此區域中加入輸入信號時不能使SSR導通。Ⅱ區為10～25V和-（10～25）V范圍，稱為響應區，在此區域內只要加入輸入信號，SSR立即導通。Ⅲ區為幅值大于25V的范圍，稱為抑制區在此區域內加入輸入信號，SSR的導通被抑制。

　　當輸入端未加電壓信號時，光耦合器的光敏晶體管因未接收光而截止，V1飽和，V3和V4因無觸發電壓而截止，此時SSR關閉。當加入輸入信號時，光耦合器中的發光二極管發光，光敏晶體管飽和，使V1截止。此時若V3兩端電壓在-（10～25）V或10～25V范圍內時，只要適當選擇分壓電阻R4和R5，就可使V2截止，這樣使V3觸發導通，從而使V 4的控制極上得到從R6→UR→V 3→UR→R7或反方向的觸發脈沖，而使V4導通，使負載接通交流電源。而若交流電壓波形在圖2中的Ⅲ區內時，則因V2飽和而抑制V3和V4的導通，而使SSR被抑制，從而實現了過零觸發控制。由于10～25V幅值與電源電壓幅值相比可近似看作“零”。因此，一般就將過零電壓粗略地定義為0～±25V，即認為在此區域內，只要加入輸入信號，過零觸發型AC—SSR都能導通。 當輸入端電壓信號撤除后，光耦合器中的光敏晶體管截止，V1飽和，V3截止，但此時V4仍保持導通，直到負載電流隨電源電壓減小到小于雙向晶閘管的維持電流時，SSR才轉為截止。 SSR的輸出端器件可分為雙向晶閘管和兩只單向晶閘管反并聯形式。若負載為電動機一類的感性負載，則其靜態電壓上升率dv/dt是一個重要參數。由于單向晶閘管靜態電壓上升率（200V/μs）大大高于雙向晶閘管的換向指標（10V/μs），因此若采用兩只大功率單向晶閘管反并聯代替雙向晶閘管，一方面可提高輸出功率；另一方面也可提高耐浪涌電流的沖擊能力，這種SSR稱為增強型SSR。

　　固態繼電器的特點與優劣：

　　固態繼電器是具有隔離功能的無觸點電子開關，在開關過程中無機械接觸部件，繼電器因此固態繼電器除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有邏輯電路兼容，耐振耐機械沖擊，安裝位置無限制，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能也極佳，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好，噪聲低和工作頻率高等特點。

　　（1）SSR內部無機械部件，結構上采用了灌注全密封方式，因此，SSR具有耐振、耐腐蝕、長壽命及高可靠等優點，其開關壽命高達1010萬次;

　　（2）低噪聲：交流型SSR采用了過零觸發技術，因此在線路上有效地降低了電壓上升速率dv/dt和電流上升速率di/dt值，使SSR長期工作時對市電的干擾極小;

　　（3）開關時間短，約為10ms，可應用在頻率較高的場合;

　　（4）輸入電路與輸出電路之間采用光電隔離，絕緣電壓2500V以上;

　　（5）輸入功耗很低，與TTL，COMS電路兼容;

　　（6）輸出端有保護電路;

　　（7）負載能力強。

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　　優點：

　　（1）高壽命，高可靠：固態繼電器沒有機械零部件，由固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環境下工作，由于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。固態繼電器。

　　（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范圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。

　　（3）快速轉換：固態繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。

　　（4）電磁干擾小：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。

　　缺點：

　　（1）導通后的管壓降大，可控硅或雙向控硅的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在1~2V之間，一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。

　　（2）半導體器件關斷后仍可有數微安至數毫安的漏電流，因此不能實現理想的電隔離。

　　（3）由于管壓降大，導通后的功耗和發熱量也大，大功率固態繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，成本也較高。

　　（4）電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。

　　（5）固態繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態繼電器的負載與環境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。

　　（6）主要不足是存在通態壓降（需相應散熱措施），有斷態漏電流，交直流不能通用，觸點組數少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指標差。