固态继电器
固态继电器（SolidStateRelay，缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件。电力电子功率器件组成的无触点开关，用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离，固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。
固态继电器特点
单相固态继电器它为单刀单掷常开式结构，用LED显示工作状态，它是用现代微电子技术与电力电子技术发展起来的一种新型无触点开关器件，它可以实现用微弱的控制信号(几毫安到几十毫安)控制0．1A直至几百A电流负载，进行无触点接通或分断。
它为四端有源器件，两个输入控制端，两个负载输出端，输出端与负载、电源串联，输入输出之间为光电隔离，内置RC吸收回路，输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从断态转变成通态。
什么是固态继电器？(2)--固态继电器的分类
§4。固态继电器有哪些类型
固态继电器的类型多种多样，分类标准也多种多样。固态继电器通常根据以下标准进行分类。
1.负载电源类型：
根据负载电源的类型，固态继电器可以分为直流固态继电器（DC-SSR）和交流固态继电器（AC-SSR）。DC型固态继电器使用功率半导体 晶体管 作为开关元件（例如BJT，MOSFET，IGBT）来控制 DC 负载电源的ON / OFF状态，而 AC 型固态继电器则使用晶闸管（例如（例如Triac，SCR）作为开关元件，以控制AC负载电源的ON / OFF状态。
1.1 DC-SSR：
根据输入形式， DC型SSR 可分为电阻输入型DC固态继电器和恒流输入型DC固态继电器。
1.2 AC-SSR：
可以根据以下标准对 AC型SSR 进行分类。
1.2.1控制触发模式
根据控制触发方式（开启和关闭的时间），AC SSR可以分为过零型交流固态继电器，随机开启型交流固态继电器和峰值开启类型AC固态继电器。
1）过 零交流固态继电器 （图4.2），也称为过零触发交流固态继电器，过零开启固态继电器，零开关交流固态继电器，零电压交流固态继电器或同步交流固态继电器。对于过零SSR继电器，其输出电路的开关状态与输出信号同步，即“ 同步” 输入信号打开时，如果负载电源电压处于非过零区域，则过零型固态继电器的输出端子将不会打开；但是如果负载当电源电压达到零区时，过零SSR继电器的输出端子将被打开，负载电路将被打开，这种触发模式可以有效地减少SSR开启期间产生的浪涌电流，并降低干扰信号会同时传输到电网和输入控制电路，因此，过零固态继电器是许多领域中最常见的类型。
2） 随机接通型AC固态继电器 （图4.3），也称为随机开关AC固态继电器，AC固态继电器随机开关，Random Conduction AC固态继电器，Random Fire AC固态继电器，瞬时开启固态继电器，非零开关交流固态继电器，即时交流固态继电器，瞬时交流固态继电器，异步交流固态继电器或调相交流固态继电器。随机型SSR继电器的输出电路切换模式仅由控制信号控制，并且与 电源 信号无关，即“ 异步”。 电源”。只要输入端子中有输入信号，并且与负载电压的状态无关，随机型固态继电器都会立即打开。由于随机型固态继电器是打开还是关闭在交流电源的任何相位，在接通瞬间都可能产生较大的干扰信号。
3） 峰值接通型交流固态继电器 也称为峰值切换交流固态继电器或峰值点火交流固态继电器。当施加输入控制信号时，峰值型SSR继电器在交流输出电压的第一个 电压峰值 点处接通，以减小 浪涌电流 。如果取消输入控制信号，则峰值固态继电器将关闭。
1.2.2阶段：
根据交流电源的 相位 ，AC-SSR可以分为单相交流固态继电器和三相交流固态继电器。
1）根据功能的不同， 单相交流固态继电器 可进一步分为 单相交流/直流固态继电器 ， 单相固态稳压器 ， 单相固态调速器 ， 一开以及一个封闭式单相固态继电器 ， 单相正向和反向固态继电器 ， 单相双固态继电器 ， 等等。应该提到的是，双继电器（图4.4）是一种单相固态继电器，它将两个单相工业固态继电器组合到一个具有双输入端子和双输出端子的标准工业包装中，每个I / O端子组彼此独立，也就是说，双SSR继电器具有比常规类型更多的触点，并且可以实现更多的控制。
2） 三相交流固态继电器 可以直接用于 三相交流电动机 的控制，而 三相正反转交流固态继电器 （或三相可逆交流固态继电器）可以用于控制 三相正向和反向电动机 （三相双向交流电动机或三相双向旋转交流电动机）。
1.2.3开关组件：
根据 开关组件的不同 ，AC-SSR可以分为 普通型交流固态继电器 和 增强型固态继电器 。普通型SSR继电器使用Triac作为输出开关组件，增强型SSR继电器使用SCR反并联作为开关组件。
2. I / O形式：
根据I / O形式，固态继电器可分为四种类型： DC输入AC输出型固态继电器 （DC-AC SSR继电器）， DC输入DC输出型固态继电器 （DC-DC） SSR继电器）， AC输入AC输出型固态继电器 （AC-AC SSR继电器）， AC输入DC输出型固态继电器 （AC-DC SSR继电器）。
3.开关类型：
根据开关类型，SSR开关可分为 常开型固态继电器 （或NO-SSR）和 常闭型固态继电器 （或NC-SSR）。仅当输入端子上施加了控制信号时，常开固态继电器才会打开。相反，当将输入信号施加到输入端子时，常闭固态继电器将关闭。（除非另有说明，否则本文档中的固态继电器默认情况下是指常开固态继电器。）
4.隔离/耦合：
根据隔离/耦合方法，SSR可分为里德继电器耦合型固态继电器，变压器耦合型固态继电器，光耦合型固态继电器和混合型固态继电器。
1） 簧片继电器耦合SSR （图4.5中的a）使用簧片开关作为隔离方法。当将控制信号直接（或通过前置放大器）施加到簧片继电器的线圈时，簧片开关将立即闭合，晶闸管开关将被激活以使负载导通。
2） 变压器耦合SSR （图4.5中的b）使用变压器作为隔离设备。变压器可以将低功率控制信号从初级线圈转换为次级线圈，以生成用于驱动电子开关的信号。并且如果输入控制信号是直流电压，则在输入电路中需要一个直流-交流转换器。在通过整流，放大或其他修改进行处理之后，来自次级线圈的信号可用于驱动开关组件。
3） 光耦合SSR （图4.5，c），也称为光隔离SSR，或光耦合SSR，使用光耦合器作为隔离器。光电耦合器是一种光电隔离器，它由红外光源（通常是发光二极管或LED）和光敏半导体组件（例如光敏二极管，光敏晶体管和光敏二极管）组成。敏感晶闸管）。根据不同的组件（图4.6），光电耦合器可以分为 光电二极管耦合器 （ 光电二极管耦合 器）， 光电晶体管耦合器 （ 光电晶体管耦合 器）， 光电SCR耦合器 （Photo-SCR耦合器），和 光电三端双向可控硅耦合器 （ 光电三 端双向可控硅耦合器）。
光半导体器件检测来自LED的红外辐射，然后产生一个信号来驱动半导体开关。与簧片继电器和变压器相比，光隔离器具有更好的物理隔离能力，可确保高压输出负载电路与低压输入信号电路之间的电气绝缘。由于光耦合器具有出色的隔离性能和非常紧凑的尺寸，因此光耦合器固态继电器可用于非常广泛的应用中。
4） 混合固态继电器 是一种特殊的固态继电器，结合了EMR和SSR的优点，具有高效率和低功耗的特点。混合固态继电器的输入和输出电路由并联的SSR继电器和磁簧开关（或微电磁继电器）组成，并受不同的控制信号控制（图4.7）。
当施加输入信号1时，SSR立即切换到开启状态。由于电子开关没有活动部件，因此可以稳定，快速地切换负载，并且在切换过程中不会因高线电压或大浪涌电流而产生电弧。产生负载电流后，EMR将由控制信号2控制并接通。由于EMR与SSR并联连接，因此EMR的输出触点在没有电压的情况下通电，并且触点之间没有电弧。然后，经过一定的延迟后，EMR的触点弹跳停止下来，SSR将关闭。EMR几乎没有热量，因此混合SSR继电器无需安装散热器即可运行。
5.电路结构：
根据电路结构的不同，固态继电器可分为 离散结构型固态继电器 和 混合结构型固态继电器 。分立结构固态继电器通常由分立元件和 印刷电路板 组装，然后通过环氧树脂灌封，塑料密封或树脂包裹进行包装。混合结构固态继电器使用厚膜组合技术来组装分立组件和半导体集成电路（IC），然后将它们封装在金属或陶瓷外壳中。
6.表现：
根据性能，固态继电器可分为 标准型固态继电器 和 工业型固态继电器 。标准固态继电器的额定电流一般为10A至120A，工业固态继电器的额定电流较大，可以为60A至2000A或更大。因此，工业SSR继电器可以满足工业环境和工业机械的严格要求。
7.安装：
根据安装方法，固态继电器可分为 面板安装 型固态继电器（或表面安装型）， DIN导轨安装 型固态继电器和 印刷电路板安装 型固态继电器（或PCB安装型）。 ）。PCB安装SSR可以进一步分为插座安装类型SSR（或插入式安装类型）和支架安装类型SSR（或法兰安装类型）。具有许多封装标准（例如SIP，Mini-SIP和DIP）的插入式固态继电器可以直接焊接在印刷电路板上，而无需依靠散热器，而是依靠自然冷却；法兰安装固态继电器需要额外的 金属板 或散热器来散热。
8.应用：
根据应用，固态继电器可分为通用固态继电器，双向传输固态继电器，汽车固态继电器，闭锁固态继电器（输入信号以逻辑异或或XOR的形式运行） ，因此任何输入都可以锁存/解锁输出），依此类推。
§5。固态继电器的基本参数是什么
固态继电器的基本参数分为三类：输入参数，输出参数和其他参数。
输入参数：
输入电压范围/输入电流：
1） 输入电压范围 是指当环境温度为25°C时，固态继电器必须正常输入必须输入的电压范围值（即最小值）或允许的输入值（即最大值）。
2） 输入电流 是指特定输入电压下的相应输入电流值。
开启电压/关闭电压：
1） 接通电压 （接通电压）。当输入电压（施加到输入端子的电压）大于或等于开启电压时，输出端子将开启。
2） 关断电压 （关断电压）。当输入电压（施加到输入端子的电压）小于或等于关断电压时，输出端子将关闭。
零交叉电压：
严格来说，过 零电压 不是电压点，而是由过 零 继电器的内部组件确定的电压范围，该电压范围通常非常低，几乎可以忽略不计。如果电源电压低于过零电压，则过零继电器将不会打开。如果电压超过过零电压，则过零继电器将处于导通状态。
输出参数：
额定输出电压/额定工作电流：
1） 额定输出电压 是输出端子可以承受的最高负载工作电压。
2） 额定工作电流 是环境温度为25°C时可通过输出端子的最大稳态工作电流。
输出压降 /输出漏电流：
1）输出 电压降 是固态继电器处于导通状态时在额定工作电流下测得的输出电压。
2）输出 泄漏电流 是指在固态继电器处于关闭状态且额定输出电压施加到输出端子的条件下，流经负载的测量电流值。
此参数指示固态继电器的质量和性能。输出电压降和输出漏电流越小，固态继电器越好。
浪涌电流：
浪涌电流 ，也称为过载电流，输入浪涌电流或接通浪涌电流，是指当设备处于非永久性损坏状态且输出端子可以承受的非重复性最大（或过载）电流值。固态继电器处于开启状态。AC SSR的涌入电流为额定工作电流的5〜10倍（在一周期内），DC SSR为额定工作电流的1.5〜5倍（在一秒内）。
其他参数：
能量消耗：
功耗 ，是指固态继电器本身在通电状态和断电状态下消耗的最大功率值。
开启/关闭时间：
1） 接通时间 （或接通时间）是从常开固态继电器开始施加输入控制电压直到输出端子开始接通并且输出电压达到90％所花费的时间最后的变化。
2） 关断时间 （或关断时间）是指常开固态继电器从切断输入控制电压开始直到输出端子开始关断并且输出电压达到90°所花费的时间。最终变化的百分比。
这也是判断固态继电器性能的重要参数。接通时间和断开时间越短，固态继电器的开关性能越好。
绝缘电阻/介电强度：
1） 绝缘电阻 是指在施加一定的直流电压（例如550V）时，固态继电器的 输入端子 和 输出端子 之间测得的电阻值。它还可以包括在输入端子和外壳（包括散热器）之间测得的电阻值，以及在输出端子和外壳之间的测得电阻值。
2） 介电强度 （或介电耐压）是指固态继电器的输入端子和输出端子之间可以承受的最大电压值。它还可以包括在输出端子和外壳之间可以承受的最大电压，以及在输入端子和外壳之间可以承受的最大电压。
工作温度/最高结温：
1） 工作温度 是指固态继电器按照规格安装 散热器 或未安装 散热器 时允许的正常工作环境温度范围。
2） 结温 ，是晶体管结温的缩写，是电子设备中半导体的实际工作温度。在操作中，它通常高于外壳温度和组件的外部温度。最高结温是输出开关组件允许的最高结温。
什么是固态继电器？(3)--固态继电器的工作原理
§6。固态继电器的工作原理是什么
由于应用环境不同，固态继电器的内部组件略有不同，但工作原理相似。普通固态继电器的内部等效电路图如下图所示（图6.1）。固态继电器的原理可以简单地描述为：对于NO-SSR，当适当的 控制信号时 如果将其应用于固态继电器的输入端子（IN），则输出端子（OUT）将从关闭状态切换到打开状态；如果取消控制信号，则输出端子（OUT）将恢复为关闭状态。在该过程中，固态继电器实现了与输出端子连接的负载电源的开关状态的非接触式控制。应当注意，输入端子只能连接到控制信号，而负载只能连接到输出电路。
根据负载的类型，SSR可以分为两种类型：DC固态继电器（DC-SSR）和AC固态继电器（AC-SSR）。DC-SSR充当直流电源上的负载开关，而AC-SSR充当交流电源上的负载开关。它们彼此不兼容并且不能混合。
1）DC固态继电器（图6.1，左），其控制信号电压从输入端子（IN）输入，然后控制信号通过光电耦合器耦合到接收电路，最终信号被放大放大器驱动晶体管的开关状态。显然，直流固态继电器的输出端子（OUT）分为正极端子（+极）和负极端子（-极），将DC SSR继电器的输出端子连接到受控电路时请注意不要出错。 。
2）AC固态继电器（图6.1，右）用于控制AC负载电路的ON / OFF状态。与DC固态继电器不同，AC SSR继电器使用双向晶闸管（Triac）或其他AC电子开关组件。因此，AC固态继电器的输出端子（OUT）中没有正/负端子。
零交叉交流固态继电器的工作原理
由于过零交流固态继电器比其他类型的固态继电器更完整，更典型，因此交流过零SSR继电器的操作细节可以帮助说明SSR继电器的完整工作原理：
1.各部分的功能：
以下是交流过零SSR的表示（图6.2）。框图中的A〜E电路构成了零交叉AC SSR的主体。总体而言，SSR继电器是一个四端子负载开关，只有两个输入端子（③和④）和两个输出端子（①和②）。当交流零交叉SSR继电器工作时，只要在③和④端子上加上一定的控制信号，就可以控制①和②端子之间的回路的ON / OFF状态。
该 耦合电路A 用于为连接到③和④端子的控制设备提供I / O通道，并电气切断SSR的输入端子和输出端子之间的连接，以防止输出电路干扰输入电路。耦合电路中最常用的组件是光耦合器，它具有高动作灵敏度，高响应速度以及输入和输出端子之间的高介电强度（耐电压）。由于光电耦合器的输入负载是发光二极管（LED），因此使得固态继电器的输入值易于与控制设备的输入信号电平匹配，并且可以连接输入端子SSR的继电器直接连接到计算机输出接口，即
触发电路B 的功能是产生合适的触发信号以驱动 开关电路D 工作。但是，如果不添加任何特殊的控制电路，则开关电路将产生射频干扰（RFI），射频干扰将通过较高的谐波和尖峰污染电网，因此，过 零检测器电路C 专门用于解决此问题。 。
该 缓冲电路E 是为了防止尖峰，从造成的影响和干扰（甚至误动作），开关晶体管的电源浪涌。通常， RC电路 （电阻电容电路或RC滤波器或RC网络）或 非线性 电阻（如压敏电阻）用作 缓冲电路 。所述 压敏电阻 ，也被称为电压相关电阻器（VDR），是一种电子元件，其电阻值与所施加的电压非线性地变化，和变阻器的最常见的类型是 金属氧化物变阻器 （MOV），例如 氧化锌非线性电阻 （ ZNR）。
2.每个组件的功能：
下图是过零触发类型AC-SSR的内部示意图（图6.3）
R1 是限流电阻，可限制输入信号电流并确保光耦合器不会损坏。 LED 用于显示输入控制信号的输入状态。该 二极管 VD1 用于防止光电耦合器从当被损坏 正 和 负极 输入信号的反转。光耦合器 OPT 将输入和输出电路电隔离。三极管 M1 用作反相器，并与晶闸管 SCR 构成过零检测电路同时，SCR晶闸管的工作状态由交流零电压检测晶体管M1确定。 VD2〜VD4 形成全波整流桥（或全波二极管桥） UR 。可以从SCR和UR获得用于开启双向可控硅 BCR的 双向触发脉冲。 R6 是用于保护BCR 的 并联电阻 。 R7 和 C1 组成一个电涌吸收网络，以吸收电源中的 尖峰电压 或电涌电流，以防止对开关电路造成冲击或干扰。 逆转录 是一种热敏电阻，用作过热保护器，可防止由于温度过高而损坏固态继电器。 VDR 是一个压敏电阻，用作限压设备，可钳位电压并吸收过量电流，以在输出电路过压时保护固态继电器。
3.工作过程：
交流过零固态继电器具有电压过零时接通和负载电流过零时断开的特性。
当光耦合器OPT关断时（即OPT的控制端没有输入信号），M1饱和并通过从R2获得基极电流而导通，因此，MPT的栅极触发电压（UGT）晶闸管SCR钳位到低电位并关闭。因此，三端双向可控硅开关元件BCR处于截止状态，因为在栅极控制端子R6上没有触发脉冲。
当在固态继电器的输入端子上施加输入控制信号时，光电晶体管OPT导通（即，OPT的控制端子具有输入信号）。将电源电压除以R2和R3后，如果A点的电压大于M1的过零电压（即VA> VBE1），则M1将处于 饱和导通状态 ，SCR和BCR晶闸管都将处于关闭状态。如果A点的电压小于M1的过零电压（即VA <VBE1），则M1将处于截止状态，并且将触发SCR导通，然后从“ R5在BCR的控制极上获得→UR→SCR→UR→R6”方向（或相反方向）以激活BCR，最后将负载连接到交流电源。
通过以上过程，可以理解，M1被用作AC电压检测器，以在负载电压为零时接通固态继电器，而在负载电流为零时关闭固态继电器。并且由于过零检测器的功能，相应地减小了负载电路对负载的影响，并且还大大减小了在控制回路中产生的射频干扰。
4.零交叉的定义：
这里需要说明什么是零交叉。在交流电中，零交叉点是不存在电压的瞬时点，即交流波形的正半周和负半周之间的结。在交流电的每个周期中，通常会有两个零交叉。如果电源在过零的瞬间切换，则不会产生电气干扰。当输入端子连接到控制信号并且输出交流电压过零时，交流固态继电器（配备过零控制电路）将处于导通状态。相反，当控制信号关闭时，SSR处于OFF状态，直到下一个零交叉为止。
此外，应该指出的是，固态继电器的过零实际上并不意味着电源电压波形为零伏。图6.5是交流电压正弦波的一部分。根据交流开关组件的特性，图中的交流电压分为三个区域，分别对应于SSR输出电路的三种状态。U1和U2分别代表开关元件的 阈值电压 和 饱和电压 。
1） 区域Ⅰ 是 死区 （截止区，切除区或截止区），电压范围的绝对值为0〜U1。并且在该区域中，即使添加了输入信号，也无法打开SSR开关。
2） Ⅱ区 是 响应区 （有源区，切入区，切入区或接通区），电压范围的绝对值为U1〜U2。在此区域中，一旦添加了输入信号，SSR即会立即打开，并且输出电压会随着电源电压的增加而增加。
3） 区域Ⅲ 是电压范围的绝对值大于U2 的 抑制区域 （饱和区域）。在该区域中，开关元件（晶闸管）处于饱和状态。并且固态继电器的输出电压将不再随着电源电压的增加而增加，而是电流随着电压的增加而增加，这可以看作是固态输出电路的内部短路状态继电器，即固态继电器作为电子开关处于“接通”状态。
图6.6显示了过零固态继电器的 I / O波形 。并且由于晶闸管的特性，在输出端子的电压达到阈值电压（或触发电路的触发电压）之后，固态继电器将处于导通状态。然后，固态继电器在达到饱和电压后将处于实际导通状态，同时会产生非常低 的导通状态压降 。如果输入信号关闭，则当负载电流降至晶闸管的保持电流以下或下一个交流换向点以下时（即，SSR继电器关闭后负载电流首次通过零），固态继电器将被关闭。 ）。
固态继电器的作用是什么？
固态继电器的输入电路是为输入控制信号提供一个回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。
固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件（芯片）和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。
固态继电器工作原理
固态继电器工作原理是工作时在输入电路加上一定的控制信号，就能控制输出电路两端之间的开关状态了，为防止输出端对输入端的影响，可断开电气上SSR中输入端和输出端之间的电路联系。
固态继电器( SSR )是由微电子电路、分立电子器件、功率电子功率器件组成的无触点开关。 用隔离元件实现了控制侧和负载侧的隔离。 固态继电器的输入端是微小的控制信号，直接驱动大电流负载。
固体继电器的输入和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。 光电耦合通常使用光电二极管—光电晶体管、光电二极管—双向光耦可控硅、太阳能电池，实现控制侧和负载侧的隔离控制。
固态继电器优点
高寿命，高可靠，固态继电器没有机械零部件，由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。
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。快速转换，固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微秒。
以上内容参考：百度百科——固态继电器工作原理
固态继电器的作用
1、固态继电器可以具有短路保护，过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。
2、固态继电器已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制、数控机械，遥控系统、工业自动化装置；信号灯、调光、闪烁器、照明舞台灯光控制系统
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