继电器选型与应用

继电器选型与应用

1概述交流固态继电器SSR(solid state reley)是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性，

可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，为四端有源器件，其中两个端

子为输入控制端，另外两端为输出受控端。为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专业光电耦合器。当施加输入信号后，其主回路呈导通

状态，无信号时，呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常

用电磁继电器一样的功能。其封装形式也与传统电磁继电器基本相同。它问世

于70年代，由于它的无触点工作特性，使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广泛的应用。由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，所以它较之电磁继电器具有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路

兼容、抗干扰能力强、开关速度快和使用方便等一系列优点。因而具有很宽的

应用领域，有逐步取代传统电磁继电器之势，并可进一步扩展到传统电磁继电

器无法应用的领域。如计算机和可编程控制器的输入输出接口、计算机外围和

终端设备、机械控制，过程控制、遥控及保护系统等。在一些要求耐振、耐潮、耐腐蚀、防爆等特殊工作环境中以及要求高可靠的工作场合，SSR都较之传统

的电磁继电器有无可比拟的优越性。固态继电器型号命名法如图1所示。2固

态继电器的原理和结构固态继电器有三部分组成：输入电路，隔离(耦合)和输

出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路、交流输入电

路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电

耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路、交流

输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个

双向可控硅；直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。SSR按使用场合

可以分成交流型和直流型两大类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。图1固态继电器型号命名图2固态继电器工作原理框图以交流型的SSR为例来说明它的工作原理。图2是它的工作原理框图，图2中的部件1~4

构成交流SSR的主体，从整体上看，SSR只有两个输入端(A和B)及两个输出端(C和D)，是一种四端器件。工作时只要在A、B上加上一定的控制信号，就可

以控制C、D两端之间的"通"和"断"，实现"开关"的功能，其中耦合电路的功能

是为A、B端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道，但又在电器上

断开SSR中输入端和输出端之间的(电)联系，以防止输出端对输入端的影响。

耦合电路用的元件是"光耦合器"，它动作灵敏，响应速度高，输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高；由于输入端的负载是发光二极管，使SSR的输入端很容易

做到与输入信号电平相匹配，在使用时可直接与计算机输出接口相接，即受"1"与"0"的逻辑电平控制。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路④工作，但由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以高

次谐波或尖峰等污染电网，为此特设"过零控制电路"。所谓"过零"是指，当加

入控制信号，交流电压过零时，SSR即为通态；而当断开控制信号后，SSR要等待交流电的正半周与负半周的交界点(零电位)时，SSR才为断态。这种设计能

防止高次谐波的干扰和对电网的污染。吸收电路是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌(电压)对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰(甚至误动作)而设计的，一

般是用"R-C"串联吸收电路或非线性电阻(压敏电阻器)。直流型的SSR与交流型的SSR相比，无过零控制电路，也不必设置吸收电路，开关器件一般用大功率

开关三极管，其它工作原理相同。不过，直流型SSR在使用时应注意：2.1负

载为感性负载时，如直流电磁阀或电磁铁，应在负载两端并联一只二极管，极

性如图3所示，二极管的电流应等于工作电流，电压应大于工作电压的4倍。

图3 SSR并联二极管图2.2 SSR工作时应尽量把它靠近负载，其输出引线应满

足负荷电流的需要。2.3使用电源属经交流降压整流所得的，其滤波电解电容

应足够大。固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR是一种全部

由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的电、磁和光特性

来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管、功率场效应管、单向可控

硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控

电路。3固态继电器的特点SSR成功地实现了弱信号(Vsr)对强电(输出端负载

电压)的控制。由于光耦合器的应用，使控制信号所需的功率极低(约十余毫瓦

就可正常工作)，而且Vsr所需的工作电平与TTL、HTL、CMOS等常用集成电路

兼容，可以实现直接联接。这使SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用。

在相当程度上可取代传统的"线圈-簧片触点式"继电器(简称"MER")。SSR由于

是全固态电子元件组成，与MER相比，它没有任何可动的机械部件，工作中也

没有任何机械动作。SSR由电路的工作状态变换实现"通"和"断"的开关功能，

没有电接触点，所以它有一系列MER不具备的优点，即工作高可靠、长寿命(有

资料表明SSR的开关次数可达108-109次，比一般MER的106高几百倍)，无动作噪声，耐振耐机械冲击，安装位置无限制，很容易用绝缘防水材料灌封做成

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

的性能也极佳。这些特点使SSR可在军事(如飞行器、火炮、舰船、车载武器系统)、化工，井下采煤和各种工业民用电控设备的应用中大显身手，具有超越MER的技术优势。交流型SSR由于采用过零触发技术，因而可以使SSR安全地

用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用MER而产生的一系列对计算机的

干扰而烦恼。此外，SSR还有能承受在数值上可达额定电流十倍左右的浪涌电

流的特点。3.1固态继电器的优点3.1.1高寿命，高可靠：SSR没有机械零部件，有固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的

环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的

寿命长，可靠性高。3.1.2灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好：固态继电

器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓

冲器或驱动器。3.1.3快速转换：固态继电器因为采用固体其间，所以切换速

度可从几毫秒至几微秒。3.1.4电磁干扰小：固态继电器没有输入"线圈"，没

有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个

零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，

从而减少了开关瞬态效应。3.2固态继电器的缺点3.2.1导通后的管压降大，

可控硅或双向可控硅的正向降压可达1~2V，大功率晶体管的饱和压降在1~2V

之间，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。3.2.2半导

体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。3.2.3由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积

远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。3.2.4电子元器件的温度特性和

电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，如不采取有效措施，则工作

可靠性低。3.2.5固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC

阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度有关，温度升高，

负载能力将迅速下降。4固态继电器的技术参数及选用4.1固态继电器的技术

参数4.1.1输入电压范围：在环境温度25℃下，固态继电器能够工作的输入电

压范围。4.1.2输入电流：在输入电压范围内某一特定电压对应的输入电流值。

4.1.3接通电压：在输入端加该电压或大于该电压值时，输出端确保导通。

4.1.4关断电压：在输入端加该电压或小于该电压值时，输出端确保导通。

4.1.5反极性电压：能够加在继电器输入端上，而不应起永久性破坏的最大允