概述

???? 固體繼電器（SSR）是繼電器技術(shù)發(fā)展的一大趨勢(shì)，也是近幾年市場(chǎng)需求增長(zhǎng)最快的繼電器，在全球繼電器中的比例約為8%。據(jù)預(yù)測(cè)，2001-2004年世界固體繼電器年均增長(zhǎng)率約為8.4%。受測(cè)試設(shè)備、工業(yè)控制系統(tǒng)及PC應(yīng)用的刺激，2003年對(duì)工業(yè)用SSR的需求增長(zhǎng)兩倍左右。通訊、微處理器控制及安全設(shè)備用的SSR需求增長(zhǎng)20%以上。據(jù)Frost & Sullivan報(bào)告，有從機(jī)電繼電器轉(zhuǎn)向較貴的固體繼電器趨勢(shì)。

???? 固體繼電器的主要優(yōu)點(diǎn)是：

（1） 無運(yùn)動(dòng)零部件，無機(jī)械磨損，無動(dòng)作噪聲，無機(jī)械故障，可靠性高；

（2） 無燃弧觸點(diǎn)，無觸點(diǎn)間的火花、電弧，無觸點(diǎn)抖動(dòng)和磨損，對(duì)外干擾小；

（3） 開關(guān)速度迅速，動(dòng)作時(shí)間可達(dá)10-3S以下；

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

（5） 抗沖擊振動(dòng)性能優(yōu)良，容易實(shí)現(xiàn)“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(dǎo)體器件作為開關(guān)工作，壽命長(zhǎng)；

（8） 易實(shí)現(xiàn)附加功能。

正因?yàn)镾SR具有上述突出優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用在不斷擴(kuò)大。

與電磁斷電器相比，SSR有以下弱點(diǎn)：

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

（2） 固體“觸點(diǎn)”斷開時(shí)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(shù)穩(wěn)定性能差。由于它對(duì)瞬態(tài)失誤極敏感，有時(shí)要求附加保護(hù)器件；

（4） 一般來說，體積比機(jī)電式繼電器大，價(jià)格貴，對(duì)功率負(fù)載，還要加裝散熱片，進(jìn)一步增加了空間與成本；

（5） 實(shí)現(xiàn)多組和多組轉(zhuǎn)換較為困難；

（6） 直流SSR一般分正極和負(fù)極輸出端，使用中通用性差；

（7） 通、斷阻抗比遠(yuǎn)小于有觸點(diǎn)開關(guān)，抗干擾能力差。

??? 這些弱點(diǎn)的存在，使SSR的應(yīng)用在一些方面受到限制。因而，SSR和機(jī)電繼電器將會(huì)較長(zhǎng)期共存，互為補(bǔ)充、相互促進(jìn)、結(jié)合發(fā)展，兩者將以各自的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在其最適合的領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。

?? SSR在美國(guó)和日本發(fā)展較快。在美國(guó)SSR占其繼電器市場(chǎng)份額達(dá)10%以上。而我國(guó)僅占繼電器市場(chǎng)1%左右，市場(chǎng)潛力較大。據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)SSR市場(chǎng)將以每年20%的速度遞增，主要在電信、航空電子、數(shù)據(jù)處理、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公設(shè)備、汽車控制開關(guān)和測(cè)試設(shè)備、儀表等領(lǐng)域應(yīng)用。

???? 固體繼電器使用中應(yīng)注意的問題

???? SSR性能參數(shù)測(cè)試時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）測(cè)試直流SSR接通和關(guān)斷電壓時(shí)，輸入電壓不能長(zhǎng)時(shí)間處于接通與關(guān)斷之間，否則輸出端功耗急劇上升，容易燒壞輸出開關(guān)元件。

2）測(cè)試中不要隨意加快動(dòng)作速率（一般輸入信號(hào)的一個(gè)周期長(zhǎng)應(yīng)為接通和關(guān)斷時(shí)間之和的10倍以上）,否則因動(dòng)態(tài)開關(guān)損耗大無法工作，甚至燒壞輸出開關(guān)元件。

3）測(cè)試時(shí)，首先要了解輸出電流與殼溫（環(huán)境溫度）之間的關(guān)系曲線（殼溫上升或不帶散熱器時(shí)額定輸出電流會(huì)下降），避免過載引起永久性失效。

4）SSR在關(guān)斷狀態(tài)下輸出兩端不能實(shí)現(xiàn)完全的隔離，存在一定的漏電流,在較高電壓下測(cè)試介質(zhì)耐壓和絕緣電阻在使用時(shí)，易發(fā)生觸電事故。輸出兩端絕不可測(cè)試絕緣電阻或耐壓。

SSR使用中應(yīng)注意的問題

1）在實(shí)際使用時(shí)，必須使產(chǎn)品的實(shí)際使用條件完全符合產(chǎn)品各項(xiàng)參數(shù)和特性曲線的要求。

2）SSR受溫度影響較大，使用時(shí)要考慮好散熱(一般負(fù)載電流>5A時(shí)應(yīng)裝散熱片)，當(dāng)環(huán)境溫度高時(shí)，SSR的負(fù)載能力必然相應(yīng)下降，因此選用SSR時(shí)須留有一定的余量。

3）當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，將承受P=V（管壓降）×I（負(fù)載）的耗散功率。因此必須根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，合理選用散熱器的尺寸或降低負(fù)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(fù)載的“冷阻”特性，將導(dǎo)致開通瞬間的浪涌電流（一般為額定負(fù)載電流的7倍或更大）。對(duì)此類負(fù)載，負(fù)載能力應(yīng)留有充分的余量。

5）在實(shí)際運(yùn)行中負(fù)載短路極易造成繼電器損壞。應(yīng)采用快速熔斷器和空氣開關(guān)保護(hù)，避免因負(fù)載短路造成繼電器損壞。

6）輸入工作電壓的波動(dòng)系數(shù)應(yīng)保證在5%以內(nèi)。

7）為了確保繼電器正常工作，環(huán)境溫度較低時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大輸入電流，溫度較高時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小輸入電流值。

8）若輸入電壓過高，接近或超過極限時(shí)，可外接限流電阻。

9）若用IC直接驅(qū)動(dòng)繼電器輸入時(shí)，應(yīng)有足夠的負(fù)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(shù)和采取必要的保護(hù)方法。

1） 峰值電壓選擇：對(duì)于不同性質(zhì)的負(fù)載應(yīng)正確選擇繼電器的最大峰值電壓。

電感負(fù)載：應(yīng)選取線路電壓（有效值）的2-3倍。

純電阻負(fù)載：應(yīng)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(nèi)部裝有RC浪涌吸收網(wǎng)絡(luò)。可根據(jù)實(shí)際需要外接RC吸收網(wǎng)絡(luò)。

3） 電源端使用RC浪涌吸收回路：以消除電網(wǎng)在切換時(shí)產(chǎn)生的瞬變電壓對(duì)繼電器造成的損壞。

4） SSR開路時(shí)，開路電阻不是無窮大，產(chǎn)生一定的漏電流，設(shè)計(jì)線路時(shí)要注意到。

SSR常見失效及原因分析

1）、繼電器不斷開：

（1） 負(fù)載電流大于SSR的額定切換電流，這樣會(huì)使繼電器永久短路，此時(shí)應(yīng)使用額定電流較大的SSR。

（2） 在繼電器所處的環(huán)境溫度下，對(duì)于所承受的電流來說如散熱不良，會(huì)損壞輸出半導(dǎo)體器件，此時(shí)應(yīng)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(shí)應(yīng)使用額定電壓較高的SSR或提供額外的瞬態(tài)保護(hù)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(yīng)該斷開的時(shí)候，測(cè)量輸入電壓，如果測(cè)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(yīng)更換繼電器如果測(cè)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(dǎo)通

（1） 在繼電器應(yīng)該導(dǎo)通時(shí)，測(cè)量輸入電壓，如果該電壓低于必須動(dòng)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(dòng)作電壓，查對(duì)電源極性并在必要時(shí)加以更正。

（2） 測(cè)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(dòng)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(cè)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(fù)載開路并應(yīng)進(jìn)行修理；如果存在線電壓，則可能是負(fù)載短路，使電流過大引起繼電器失效。

繼電器工作不規(guī)則

1） 檢查所有接線是否正確、連接不牢或不正確產(chǎn)生的故障。

2） 檢查輸入和輸出的引線是否在一起。

3） 對(duì)于非常靈敏的SSR，噪聲也能耦合到輸入端而引起不規(guī)則導(dǎo)通。

交流電動(dòng)機(jī)或螺線管負(fù)載造成顫動(dòng)

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

固體繼電器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

?? SSR一般由三個(gè)部分組成：輸入（控制電路）部分、隔離（或耦合）部分和輸出（或負(fù)載電路）部分。與機(jī)電繼電器相比，耦合部分是固態(tài)繼電器關(guān)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(jiǎn)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(gòu)成多種形式，但由于光耦中的發(fā)光二極管老化效應(yīng)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(rèn)為是第三代SSR，其主要優(yōu)點(diǎn)在于泄漏電流小，1/0隔離性好，輸出特性優(yōu)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(yīng)時(shí)間等都比光電隔離式優(yōu)越。但因其有振蕩電路，在激勵(lì)期間一直在幅射電磁能，對(duì)外形成電磁干擾。

?? 我國(guó)SSR的主要生產(chǎn)廈門宏發(fā)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(dǎo)體廠、咸海新佳電子公司、北京希漫頓自動(dòng)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(dòng)控制器件廠、北京特立電子有限公司、北京如春新技術(shù)開發(fā)研究所、上海超誠(chéng)電子技術(shù)研究所、桂林航天電器公司、無錫市固態(tài)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(jī)電有限公司、齊齊哈爾電子半導(dǎo)體器件廠等。

??? 從SSR設(shè)計(jì)技術(shù)來講，各生產(chǎn)廠家的差異主要在線路設(shè)計(jì)、芯牌制造工藝及控制。縱觀全球，SSR技術(shù)發(fā)展方向：①減小導(dǎo)通電阻，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。②降低大功率SSR的成本。目前，電功率SSR的售價(jià)已下降50%左右。③微小型化。SE系列SSR的質(zhì)量?jī)H4g。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(guān)。⑦開發(fā)特殊用途的SSR，如高可靠性SSR（耐振動(dòng)、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(diǎn)是開發(fā)低價(jià)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(guó)已將SSR列為新型電子元器件“十五”發(fā)展重點(diǎn)。隨著電子技術(shù)、光電子技術(shù)的SSR性能不斷提高，導(dǎo)通電阻降至? 以下，斷路漏電流1WA以下，天并時(shí)間降至10us以下，負(fù)載能力直流達(dá)1000A，可實(shí)現(xiàn)多組轉(zhuǎn)換。