簡介
單相固态繼電器它為單刀單擲常開式結構， 用LED顯示工作狀态。它是用現代微電子技術與電力電子技術發展起來的一種新型無觸點開關器件。它可以實現用微弱的控制信号(幾毫安到幾十毫安)控制0．1A直至幾百A電流負載，進行無觸點接通或分斷。它為四端有源器件，兩個輸入控制端，兩個負載輸出端，輸出端與負載、電源串聯，輸入輸出之間為光電隔離，内置RC吸收回路，輸入端加上直流或脈沖信号，輸出端就能從斷态轉變成通态。
整個器件沒有任何可動部件或觸點，實現了相當于電磁繼電器的功能。固态繼電器工作可靠，無觸點、無火花、壽命長、無噪聲，無電磁幹擾，開關速度快，抗幹擾能力強，且體積小，耐振動、耐沖擊，防爆、防潮、防腐蝕，能與TTL、DTL、HTL等邏輯電路兼容，以微小的控制信号達到直接驅動大電流負載的目的。
組成部分
組成固态繼電器有三部分組成：輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類别，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。固态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。固态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。交流輸出時，通常使用兩個可控矽或一個雙向可控矽，直流輸出時可使用雙極性器件或功率場效應管。
分類
按工作性質分有直流輸入-交流輸出型、直流輸入-直流輸出型、交流輸入-交流輸出型、交流輸入-直流輸出型。
按安裝方式有裝置式（面闆安裝），線路闆安裝型。
按元件分有普通型和增強型。
交流固體繼電器按開關方式分有電壓過零導通型（簡稱過零型）和随機導通型（簡稱随機型）；按輸出開關元件分有雙向可控矽輸出型（普通型）和單向可控矽反并聯型（增強型）；按安裝方式分有印刷線路闆上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底闆上的裝置式（靠散熱器冷卻）；
另外輸入端①直流恒流控制型（D3），電壓為3-36Vdc寬範圍，驅動電流為5-15mA；②直流抗幹擾控制型（D2），電壓為18-30Vdc；③串電阻限流型（D1），電壓為4-8Vdc，專用于随機型LSR；④交流控制型（A3），電壓為90-430Vac寬範圍。
選用
(1)選用固态繼電器的類型：首先應根據受控電路電源類型來正确選擇固态繼電器的電源類型，以保證應用電路及固态繼電器的正常工作。若受控電路的電源為交流電壓，則應選用交流固态繼電器(AG-SSR)。若受控電路的電源為直流電壓，則應選用直流固态繼電器(DC-SSR)。若選用了交流固态繼電器，還應根據應用電路的結構選擇有源式交流固态繼電器或無源式交流固态繼電器。
(2)選擇固态繼電器的帶負載能力：應根據受控電路的電源電壓和電流來選擇固态繼電器的輸出電壓和輸出電流。一般交流固态繼電器的輸出電壓為AC20～380 V，電流為1～10 A；直流固态繼電器的輸出電壓為4～55 V，電流為0．5～10 A。若受控電路的電流較小，則可選用小功率固态繼電器。反之，則應選用大功率固态繼電器。選用的繼電器應有一定的功率餘量，其輸出電壓與輸出電流應高于受控電路電源電壓與電流的1倍。若受控電路為電感性負載，則繼電器輸出電壓與輸出電流應高于受控電路電源電壓與電流的2倍以上。
工作原理
它是用半導體器件代替傳統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信号到一定電流值後，輸出端就能從斷态轉變成通态。
交流固态繼電器按開關方式分有電壓過零導通型（簡稱過零型）和随機導通型（簡稱随機型）；
按輸出開關元件分有雙向可控矽輸出型（普通型）和單向可控矽反并聯型（增強型）；
按安裝方式分有印刷線路闆上用的針插式（自然冷卻，不必帶散熱器）和固定在金屬底闆上的裝置式（靠散熱器冷卻）；
另外輸入端又有寬範圍輸入（DC3－32V）的恒流源型和串電阻限流型等。
SSR固态繼電器以觸發形式，可分為零壓型(Z)和調相型(P)兩種。
在輸入端施加合适的控制信号VIN時，P型SSR立即導通。當VIN撤銷後，負載電流低于雙向可控矽維持電流時(交流換向)SSR關斷。Z型SSR内部包括過零檢測電路，在施加輸入信号VIN時，隻有當負載電源電壓達到過零區時SSR才能導通，并有可能造成電源半個周期的最大延時。Z型SSR關斷條件同P型，但由于負載工作電流近似正弦波,高次諧波幹擾小，所以應用廣泛。SSR由于采用輸出器件不同，有普通型(S采用雙向可控矽元件)和增強型(HS采用單向可控矽元件)之分。當加有感性負載時，在輸入信号截止t1之前，雙向可控矽導通，電流滞後電源電壓90O(純感時)。t1時刻輸入控制信号撤銷，雙向可控矽在小于維持電流時關斷(t2)可控矽将承受電壓上升率dv/dt很高的反向電壓。這個電壓将通過雙向可控矽内部的結電容，正反饋到栅極。如果超過雙向可控矽換向dv/dt指标(典型值10V/s将引起換向恢複時間長甚至失敗。單向可控矽(增強型SSR)由于處在單極性工作狀态，此時隻受靜态電壓上升率所限制(典型值200V/ s)，因此增強型固态繼電器HS系列比普通型SSR的換向dv/dt指标提高了520倍。由于采用兩隻大功率單向可控矽反并聯,改變了電流分配和導熱條件，提高了SSR輸出功率。增強型SSR在大功率應用場合，無論是感性負載還是阻性負載耐電壓、耐電流沖擊及産品的可靠性，均超過普通固态繼電器，并達到了進口産品的基本指标，是替代普通固态繼電器的更新産品。
優點
1、高壽命，高可靠：SSR沒有機械零部件，有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，由于組成固态繼電器的元器件的固有特性，決定了固态繼電器的壽命長，可靠性高。
2、靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固态繼電器的輸入電壓範圍較寬，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：固态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妙。
4、電磁幹擾小：固态繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁幹擾。大多數交流輸出固态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，從而減少了開關瞬态效應。
缺點
1、導通後的管壓降大，可控矽或雙相控矽的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓降在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、半導體器件關斷後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，導通後的功耗和發熱量也大，大功率固态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幹擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。
5、固态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在保護。固态繼電器的負載與環境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力将迅速下降。
應用
S系列固态繼電器,HS系列增強型固态繼電器、可以廣泛用于：計算機外圍接口裝置,恒溫器和電阻爐控制、交流電機控制、中間繼電器和電磁閥控制、複印機和全自動洗衣機控制、信号燈交通燈和閃爍器控制、照明和舞台燈光控制、數控機械遙控系統、自動消防和保安系統、大功率可控矽觸發和工業自動化裝置等。在應用中需要考慮下述問題。
1、器件的發熱
SSR在導通時,元件将承受P耗=V有€譏有的熱耗散功率,其中V有效值和I有效值分别為飽和壓降和工作電流的有效值。此時,需依據實際工作環境條件，嚴格參照額定工作電流時允許的外殼溫升(75℃)，合理選用散熱器尺寸或降低電流使用，否則将因過熱引起失控,甚至造成産品損壞。
在線路闆上使用，連續負載電流23A時，可選用S€?3S€?4産品，5A時可選用S€?08W3封裝産品。10A以下,可采用散熱條件良好的儀器底闆。10A以上,需配散熱器。30A以下采用自然風冷，連續負載電流大于30A時,需采用儀器風扇強制風冷。
2、封裝和安裝形式
卧式W型、立式L型，體積小适用于印制闆直接焊接安裝。立式L2型,既能适合于線路闆焊接安裝，也能适用于線路闆上插接安裝。K型及F型,适合散熱器及儀器底闆安裝。大功率SSR(K型和F型封裝)安裝時，應注意散熱器接觸面應平整，并需塗複導熱矽脂(先鋒T-50)。安裝力矩愈大，接觸熱阻愈小。大電流引出線，需配冷壓焊片，以減少引出線接點電阻。
3、輸入端驅動
SSR按輸入控制方式，可分為電阻型、恒流源和交流輸入控制型。目前主要提供的，是供5VTTL電平用電阻輸入型。使用其他控制電壓時，可相應選用限流電阻。SSR輸入屬于電流型器件，當輸入端光耦可控矽完全導通後(微秒數量級),觸發功率可控矽導通。當激勵不足或斜波式的觸發電壓，有可能造成功率可控矽處于臨界導通邊緣,并造成主負載電流流經觸發回路引起的損壞。
例如基本性能測試電路、輸入為可調電壓源，測試負載用100W燈泡，輸入觸發信号應為階躍邏輯電平,強觸發方式。國外廠商提供的器件标準電流為10mA，考慮到全溫度工作範圍(-40 +70℃)，發光效率穩定和抗幹擾能力,推薦最佳直流觸發工作電流在12-25mA之間。SSR輸入端可并聯或串聯驅動。串聯使用時，一個SSR按4V電壓考慮，12V電壓可驅動3個SSR。
4、幹擾問題
SSR産品也是一種幹擾源，導通時會通過負載産生輻射或電源線的射頻幹擾，幹擾程度随負載大小而不同。白熾燈電阻類負載産生的幹擾較小，零壓型在交流電源的過零區(即零電壓)附近導通，因此幹擾也較小。減少的方法是在負載串聯電感線圈。另外，信号線與功率線之間，也應避免交叉幹擾。
5、過流/過壓保護
快速熔斷器和空氣開關通用的過電流保護方法。快速熔斷器可按額定工作電流的1.2倍選擇，一般小容量可選用保險絲。特别注意負載短路,是造成SSR産品損壞的主要原因。感性及容性負載，除内部RC電路保護外,建議采用壓敏電阻并聯在輸出端，作為組合保護。金屬氧化鋅壓敏電阻(MOV)面積大小決定吸收功率，厚度決定保護電壓值。交流220V的SSR，選用MYH12、430V、 12的壓敏電阻;380V選用MYH12、750V壓敏電阻；較大容量的電機變壓器應選用MYH20、24通流容量大的壓敏電阻。
6、關于負載的考慮
SSR對一般的負載應是沒有問題的，但也必須考慮一些特殊的負載條件，以避免過大的沖擊電流和過電壓，對器件性能造成不必要的損壞。白熾燈、電爐等類的“冷阻”特性,造成開通瞬間的浪湧電流，超過額定工作電流值數倍。一般普通型SSR，可按電流值的2/3選用。增強型SSR，可按廠商提供的參數選用。在惡劣條件下的工業控制現場，建議留有足夠的電壓、電流餘量。
某些類型的燈在燒斷瞬間會出現低阻抗。氣化和放電通道以及容性負載,如切換電容器組或電容器電源，會造成類似短路狀态。可在線路中進一步串聯電阻或電感，作為限流措施。電機的開啟和關閉，也會産生較大的沖擊電流和電壓。中間繼電器、電磁閥吸合不可靠時引起的抖動，以及電容換向式電機換向時，電容電壓和電源電壓的疊加會在SSR兩端産生二倍電源的浪湧電壓。
控制變壓器初級時，也應考慮次級線路上的瞬态電壓對初級的影響。此外,變壓器也有可能因為兩個方向電流不對稱,造成飽和引起的浪湧電流異常現象。就是通過示波器去測量可能引起的浪湧電流和電壓，從而選用合适的SSR和保護措施。
固态繼電器已廣泛應用于計算機外圍接口裝置，電爐加熱恒溫系統，數控機械，遙控系統、工業自動化裝置；信号燈、閃爍器、照明舞台燈光控制系統；儀器儀表、醫療器械、複印機、自動洗衣機；自動消防，保安系統，以及作為電網功率因素補償的電力電容的切換開關等等，另外在化工、煤礦等需防爆、防潮、防腐蝕場合中都有大量使用。
特性
1、負載類型，輸出電流和浪湧電流
使用中流過繼電器輸出端的穩态電流不得超過産品詳細規範規定的相應溫度下的額定輸出電流，可能出現在浪湧電流不得超過繼電器的過負載能力，用戶在選用固體繼電器時，必須考慮繼電器在保證穩态工作的前提下，能夠承受這個浪湧電流。給出考慮負載浪湧電流和繼電器過負載能力後，常溫下各種負載的穩态電流對固态繼電器額定輸出電流的降額系數的推薦值。
負載類型 電阻 電熱 白熾燈 交流電磁鐵 變壓器 單相電機 三相電機
降額系數 1 0.8 0.5 0.5 0.5 0.12～0.24 0.18～0.33
舉例：設固态繼電器負載為電磁鐵，電磁鐵工作電流為1.4A ,根據降額系數，計算出額定電流值為1.4A/0.5=2.8A，留一點餘量，選擇3A的固态繼電器較合适
2、輸出電壓、瞬态電壓和DV/DT
直流固态繼電器隻适用于控制直流電源和負載，交流固态繼電器隻适用于控制交流電源和負載交流直流通用(雙向)固态繼電器可适用于交流、直流和雙向方波的控制。負載電源的電壓不能超過繼電器的額定輸出電壓，也不能低于規定的最小輸出電壓，可能加至繼電器輸出端的最大電壓峰值，一定要低于繼電器的瞬态電壓值。切換交流電感負載，單相電機和三相電機負載，或這些負載電器上電時，繼電器輸出端可能出現兩倍于電源電壓峰值的電壓。
對感性和容性負載，當交流固體繼電器在零電流關斷時，電源電壓不為零，并且以較大的DV/DT值加至繼電器的輸出端，因此應選用DV/DT高的繼電器。
3、輸入特性
阻性輸入固态繼電器的輸入電壓一般可分為兩檔，适應低電壓輸入信号的10-30V，還有是輸入電壓範圍較大的恒流輸入固體繼電器，範圍在4-24V，固态繼電器的輸入電流一般在10MA左右，可與TTL電路兼容。
4、其它特性
包括固态繼電器的輸出電壓降，輸出漏電流，零點交流，絕緣電阻，介質耐壓等電氣特性。所在固态繼電器都具有零和非過零兩種方式，非過零請助用戶注明，選用固态繼電器要留有餘量預防負載短路，應選用适量快速熔斷器，在控制感性負載時，一定要考慮負載的啟動特性，在控制感性負載時，一定要考慮負載的啟動特性，電流大于40A時，需加風扇強冷或水冷，風速大于6米/秒。
說明：
1、負載10A及以上，必須安裝散熱器，40A以上加風扇強冷或水冷。
2、使用感性負載時，請必須在輸出端并接一壓敏電阻，取值為負載電壓的1.6-1.9倍。
技術參數
1．輸入電壓範圍：在環境溫度25'c下，固态繼電器能夠工作的輸入電壓範圍。2．輸入電流：在輸入電壓範圍内某一特定電壓對應的輸入電流值。
3．接通電壓：在輸入端加該電壓或大于該電壓值時，輸出端确保導通。
4．關斷電壓：在輸入端加該電壓或小于該電壓值時，輸出端确保關斷。
5．反極性電壓：能夠加在繼電器輸入端上，而不應起永久性破壞的最大允許反向電壓。
6．額定輸出電流：環境25'C時的最大穩态工作電流。
7．額定輸出電壓：能夠承受的最大負載工作電壓。
8．輸出電壓降：當繼電器處于導通時，在額定輸出電流下測得的輸出端電壓。
9．輸出漏電流：當繼電器處于關斷狀态施加額定輸出電壓時，流經負載的電流值。
10．接通時間：當繼電器接通時，加輸入電壓到接通電壓開始至輸出達到其電壓最終變化的90%為止之間的時間間隔。
11．關斷時間：當繼電器關斷時，切除輸入電壓到關斷電壓開始至輸出達到其電壓最終變化的10%為止之間的時間間隔。
12．過零電壓：對交流過零型固态繼電器，輸入端加入額定電壓，能使繼電器輸出端導通的最大起始電壓。
13．最大浪湧電壓：繼電器能承受的而不緻造成永久性損壞的非重複浪湧(或過載)電流。
14．電器系統峰值：在繼電器工作狀态繼電器輸出端能夠承受的最大叠加的瞬時峰值擊穿電壓。
15．電壓指數上升率dv/dt：繼電器的輸出元件能夠承受的不使其導通的電壓上升率。
16．工作溫度：繼電器安規範安裝或不安裝散熱闆時，其正常工作的環境溫度範圍。
特點
交流固态繼電器與通常的電磁繼電器不同：無觸點、輸入電路與輸出電路之間光(電)隔離、由分立元件．半導體微電子電路芯片和電力電子器件組裝而成，以阻燃型環氧樹脂為原料，采用灌封技術持其封閉在外殼中、使與外界隔離，具有良好的耐壓、防腐、防潮抗震動性能。主要不足是存在通态壓降（需相應散熱措施），有斷态漏電流，觸點組數少，另外過電流、過電壓及電壓上升率、電流上升率等指标差。
區别
由于觸發信号方式不同，過零型和随機型之間的區别主要在于負載交流電流導通的條件不同。當輸入端施加有效的控制信号時，随機型LSR負載輸出端立即導通（速度為微秒級），而過零型LSR則要等到負載電壓過零區域(約±15V)時才開啟導通。當輸入端撤消控制信号後，過零型和随機型LSR均在小于維持電流時關斷，這兩種類型的關斷條件相同。雖然過零型LSR有可能造成最大半個周期的延時，但卻減少了對負載的沖擊和産生的射頻幹擾，在負載上可以得到一個完整的正弦波形，成為理想的開關器件，在“單刀單擲”的開關場合中應用最為廣泛。 随機型LSR的特點是反應速度快，它可以用控制移相觸發脈沖來方便地改變負載的交流工作電壓，從而應用于精确地調溫、調光等阻性負載及部分感性負載場合。
雙向可控矽輸出的普通型與單向可控矽反并聯輸出的增強型的區别
在感性負載的場合，當LSR由通态關斷時，由于電流、電壓的相位不一緻，将産生一個很大的電壓上升率dv/dt（換向dv/dt）加在雙向可控矽兩端，如此值超過雙向可控矽的換向dv/dt指标(典型值為10V/μs)則将導緻延時關斷，甚至失敗。而單向可控矽為單極性工作狀态，隻受靜态電壓上升率dv/dt(典型值為100V/μs)影響，由兩隻單向可控矽反并聯構成的增強型LSR比由一隻雙向可控矽構成的普通型LSR的換向dv/dt有了很大提高，因此在感性或容性負載場合宜選取增強型LSR。
