固态继电器的选型指南

【导读】固态继电器(SOLIDSTATERELAYS,以下简写成“SSR”)，是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件，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，因此又被称为“无触点开关”。固态继电器是一种四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。它既有放大驱动作用，又有隔离作用,很适合驱动大功率开关式执行机构，较之电磁继电器可靠性更高，且无触点、寿命长、速度快，对外界的干扰也小，已被得到广泛应用 。

如何选择SSR的型号规格

主要是选取适当的额定电流的固态继电器（SSR）除特别说明以外，整流、可控等功率模块亦然。

根据不同的负载类型来选用SSR的额定电流。阻性负载、感性负载和容性负载在刚起动时瞬时电流较大。即使是纯阻性，由于具有正温度系数，冷态时电阻值较小，因而有较大的起动电流。电炉刚接通时电流为稳定时的1.3—1.4倍。白炽灯接通时电流为稳态10倍。有些金属卤化物灯不但开启时间长达10分钟，而且有高达100倍稳态时的脉冲电流。

异步电动机起动电流为额定值的5—7倍，直流电机起动电流还要大。不但如此，感性负载还具有较高的反电势。这是一个不定值，随L和di/dt的不同而不同。通常为电源电压的1—2倍，这样和电源电压叠加。有高达三倍的电源电压。

容性负载具有更大的危险性，因为起动时，由于电容器两端的电压不能突变，电容器（负载）相当于短路。这种负载在选型时更要特别注意。

需要特别指出的是用户不要将SSR的浪涌电流值作为选择负载起动电流的依据。SSR的浪涌电流值是以晶闸管浪涌电流为标准的。它的前提条件是半个（或一个）电源周波。即10或20ms。而前述启动过程，少则几百毫秒、几分钟，多则高达10分钟。这点务必敬请高度注意。

选型方法

1. 在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时，因引线端子为高导热材料制成,焊接时应在温度小于250℃、时间小于10S的条件下进行，如考虑周围温度的原因，必要时可考虑降额使用，一般将负载电流控制在额定值的 1/2以内使用。

2. 各种负载浪涌特性对固态继电器SSR的选择

被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使SSR内部可控硅损坏,所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析,然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可参考表2各种负载时的降额系数(常温下)。

如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时，则应在表2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。

一般在选用时遵循上述原则，在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继器；如对交流阻性负载和多数感性负载，可选用过零型继电器，这样可延长负载和继电器寿命，也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时，应选用随机型固态继电器。

3. 使用环境温度的影响

固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在10A以上的产品应配散热器，100A以上的产品应配散热器加风扇强冷 。在安装时应注意继电器底部与散热器的良好接触 ，并考虑涂适量导热硅脂以达到最佳散热效果。

如继电器长期工作在高温状态下(40℃~80℃)时，用户可根据厂家提供的最大输出电流与环境温度曲线数据，考虑降额使用来保证正常工作。

4. 过流、过压保护措施

在继电器使用时，因过流和负载短路会造成SSR固态继电器内部输出可控硅永久损坏 ,可考虑在控制回路中增加快速熔断器和空气开关予以保护型(选择继电器应选择产品输出保护,内置压敏电阻吸收回路和RC缓冲器,可吸收浪涌电压和提高 dv/dt耐量）；也可在继电器输出端并接 RC吸收回路和压敏电阻(MOV)来实现输出保护。选用原则是220V选用500V-600V压敏电阻，380V时可选用800V-900V压敏电阻。

5. 继电器输入回路信号

在使用时因输入电压过高或输入电流过大超出其规定的额定参数时,可考虑在输入端串接分压电阻或在输入端口并接分流电阻,以使输入信号不超过其额定参数值。

6 在具体使用时,控制信号和负载电源要求稳定，波动不应大于10%，否则应采取稳压措施。

7. 在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源，以防继电器误动失控。

8. 固态继电器开路且负载端有电压时,输出端会有一定的漏电流，在使用或设计时应注意。

9. 固态继电器失效更换时,应尽量选用原型号或技术参数完全相同的产品，以便与原应用线路匹配，保证系统的可靠工作。

交流固态继电器按开关方式分有电压过零导通型（简称过零型）和随机导通型（简称随机型）；

按输出开关元件分有双向可控硅输出型（普通型）和单向可控硅反并联型（增强型）；

按安装方式分有印刷线路板上用的针插式（自然冷却，不必带散热器）和固定在金属底板上的装置式（靠散热器冷却）；

另外输入端又有宽范围输入（DC3－32V）的恒流源型和串电阻限流型等。

SSR固态继电器以触发形式，可分为零压型(Z)和调相型(P)两种。

在输入端施加合适的控制信号VIN时，P型SSR立即导通。当VIN撤销后，负载电流低于双向可控硅维持电流时(交流换向)SSR关断。Z型SSR内部包括过零检测电路，在施加输入信号VIN时，只有当负载电源电压达到过零区时SSR才能导通，并有可能造成电源半个周期的最大延时。Z型SSR关断条件同P型，但由于负载工作电流近似正弦波,高次谐波干扰小，所以应用广泛。SSR由于采用输出器件不同，有普通型(S采用双向可控硅元件)和增强型(HS采用单向可控硅元件)之分。当加有感性负载时，在输入信号截止t1之前，双向可控硅导通，电流滞后电源电压90O(纯感时)。t1时刻输入控制信号撤销，双向可控硅在小于维持电流时关断(t2)可控硅将承受电压上升率dv/dt很高的反向电压。这个电压将通过双向可控硅内部的结电容，正反馈到栅极。如果超过双向可控硅换向dv/dt指标(典型值10V/s将引起换向恢复时间长甚至失败。单向可控硅(增强型SSR)由于处在单极性工作状态，此时只受静态电压上升率所限制(典型值200V/　s)，因此增强型固态继电器HS系列比普通型SSR的换向dv/dt指标提高了520倍。由于采用两只大功率单向可控硅反并联,改变了电流分配和导热条件，提高了SSR输出功率。增强型SSR在大功率应用场合，无论是感性负载还是阻性负载耐电压、耐电流冲击及产品的可靠性，均超过普通固态继电器，并达到了进口产品的基本指标，是替代普通固态继电器的更新产品。

负载与SSR的选择

SSR对一般的负载应是没有问题的，但也必须考虑一些特殊的负载条件，以避免过大的冲击电流和过电压，对器件性能造成不必要的损坏。白炽灯、电炉等类的“冷阻”特性，造成开通瞬间的浪涌电流，超过额定工作电流值数倍。一般普通型SSR，可按电流值的2/3选用。增强型SSR，可按厂商提供的参数选用。在恶劣条件下的工业控制现场，建议留有足够的电压、电流余量。

某些类型的灯，在烧断瞬间会出现低阻抗。气化和放电通道以及容性负载，如切换电容器组或电容器电源，会造成类似短路状态。可在线路中进一步串联电阻或电感，作为限流措施。电机的开启和关闭，也会产生较大的冲击电流和电压。中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖动，以及电容换向式电机换向时，电容电压 和电源电压的叠加会在SSR两端产生二倍电源的浪涌电压。

控制变压器初级时，也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响。此外，变压器也有可能因为两个方向电流不对称，造成饱和引起的浪涌电流异常现象。上述情况，使SSR在特殊负载的应用，多少变得有点复杂。可行的办法，就是通过示波器去测量可能引起的浪涌电流和电压，从而选用合适的SSR和保护措施。

被控负载在接通瞬间会产生很大的浪涌电流，由于热量来不及散发，很可能使SSR内部可控硅损坏，所以用户在选用继电器时应对被控负载的浪涌特性进行分析，然后再选择继电器。使继电器在保证稳态工作前提下能够承受这个浪涌电流，选择时可参考表2各种负载时的降额系数（常温下）。

如所选用的继电器需在工作较频繁、寿命以及可靠性要求较高的场合工作时，则应在表2的基础上再乘以0.6以确保工作可靠。

一般在选用时遵循上述原则，在低电压要求信号失真小可选用采用场效应管作输出器件的直流固态继电器；如对交流阻性负载和多数感性负载，可选用过零型继电器，这样可延长负载和继电器寿命，也可减小自身的射频干扰。如作为相位输出控制时，应选用随机型固态继电器。