固態繼電器（SSR）是由微電子電路、分立電子器件和電力電子功率器件組成的非接觸式開關。隔離裝置用于實現控制端與負載端之間的隔離。固態繼電器的輸入端使用微小的控制信號直接驅動大電流負載。

固態繼電器是一種由固態電子元件組成的新型非接觸式開關器件，可以以較小的控制信號驅動大電流負載。它利用電子元件（如開關晶體管、三端雙向可控硅等半導體器件）的開關特性，可以達到無接觸和火花的導通和斷開電路的目的，因此也稱為“非接觸開關”。固態繼電器是四端有源器件，其中兩個是輸入控制端子，另外兩個端子是輸出控制端子。它兼具放大和驅動功能和隔離功能，非常適合驅動大功率開關執行器。與電磁繼電器相比，固態繼電器具有以下優點：可靠性高、無接觸、無火花、壽命長、開關速度快、抗干擾能力強、體積小。廣泛應用于數控機床、遠程控制系統、工業自動化設備、化工、醫療設備、安防系統等。

一、固態繼電器工作原理

固態繼電器是如何工作的？固態繼電器按應用可分為交流固態繼電器和直流固態繼電器。現在以交流固態繼電器為例，說明SSR的工作原理。如圖1所示，它是交流SSR工作原理圖。SSR只有1個輸入端子（A&B）和0個輸出端子（C&D），是一個四端子有源器件。

工作時，只要在A和B上加入一定的控制信號，就可以控制C和D兩端之間的“開”和“關”，可以實現“開關”的功能。耦合電路的功能是為來自A和B端子的輸入控制信號提供輸入/輸出端子之間的通道，但在SSR中電氣斷開輸入端子和輸出端子之間的（電氣）連接，以防止輸出端子影響輸入端子。耦合電路中使用的元件是“光耦合器”，它靈敏，響應速度高，輸入和輸出端子之間具有高絕緣（耐壓）水平。由于輸入端的負載是發光二極管，這使得SSR的輸入端易于匹配輸入信號電平，并且在使用時可以直接連接到計算機輸出接口，由邏輯電平“1”和“0”控制。觸發電路的作用是產生符合要求的觸發信號，以驅動開關電路（4）工作，但由于開關電路沒有添加特殊的控制電路，會產生射頻干擾，污染電網的高諧波或尖峰。因此，設計了“過零控制電路”。所謂“過零”是指當增加控制信號，交流電壓過零時，SSR處于導通狀態;當控制信號斷開時，SSR等待交流電的正半周期和負半周期的交點，SSR處于關斷狀態。這種設計可以防止高次諧波干擾和對電網的污染。吸收電路旨在防止開關器件三端雙向可控硅受到電源尖峰和浪涌（電壓）的影響和干擾（甚至故障）。通常，使用“RC”系列吸收電路或非線性電阻（壓敏電阻）。與交流SSR相比，直流SSR內部沒有過零控制電路和緩沖電路，開關元件通常采用大功率晶體管。此外，其他工作原則也是一樣的。

固態繼電器的輸入輸出電路可以通過兩種方式進行隔離和耦合：光電耦合和變壓器耦合。光電耦合通常采用光電二極管-光電晶體管、光電二極管-雙向光控晶閘管、光伏電池實現控制側和負載側隔離控制;高頻變壓器耦合是將輸入控制信號產生的自激高頻信號耦合到次級，經邏輯電路檢測整流，處理形成驅動信號。

SSR根據使用場合可分為交流型和直流型。它們用作交流或直流電源上的負載開關，不能混合使用。

SSR的電源開關直接連接到電源和負載側，實現負載電源的開關。主要采用大功率晶體管、單向晶閘管（晶閘管或SCR）、雙向晶閘管（可控硅）、功率場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。固態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AC/DC輸出電路。按負載類型可分為直流固態繼電器和交流固態繼電器。直流輸出可使用雙極器件或功率場效應管，交流輸出通常采用兩個晶閘管或一個雙向晶閘管。交流固態繼電器可分為單相交流固態繼電器和三相交流固態繼電器。交流固態繼電器按開啟和關閉的時間可分為隨機交流固態繼電器和過零交流固態繼電器。

二、固態繼電器特性、優點及特點

固態繼電器的特性：

1.SSR沒有內部機械元件，結構中全密封灌注。因此，SSR具有抗振、耐腐蝕、壽命長、可靠性高等優點。

2.低噪音。交流SSR采用過零觸發技術，從而有效降低了線路上的電壓上升率dv/dt和電流上升率di/dt，使SSR在長期工作中對電源的干擾最小。

3.開關時間短，因此SSR可用于高頻應用。

4.輸入電路和輸出電路之間采用光電隔離，絕緣電壓大于2500V。

5.低輸入功耗，兼容TTL和COMS電路。

6.保護電路設置在輸出端子中。

7.高負載能力。

固態繼電器的優點：

高壽命，高可靠：在高沖擊、振動的環境下工作，由于組成固態繼電器的元器件的固有特性，決定了固態繼電器的壽命長，可靠性高。

靈敏度高，控制功率小、電磁兼容性強：固態繼電器的輸入電壓范圍較寬，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。

快速轉換：采用固體其間，切換速度可從幾毫秒至幾微妙。

電磁干擾小：固態繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。

固態繼電器的缺點：

抗干擾能力與耐輻射能力較差、工作可靠性低。

不能實現理想的電隔離。

大功率固態繼電器的體積較大，成本較高。

固態繼電器對過載有較大的敏感性，其負載能力隨溫度升高而迅速下降。

三、固態光耦繼電器APH2223（國產替代系列）

這是一顆型號為APH2223的光耦固態繼電器，它是松下的一款可控硅輸出固態繼電器。它是擁有0.9A的最大負載電流、600V的最大負載電壓、隨機切換類型、8引腳貼片封裝的交流負載控制開關。如圖。

這是它的原理圖。第2引腳為輸入的正極，第1、3、4引腳在芯片內部互通，引出為輸入的負極。第8引腳與5、6引腳之間分別連接一只雙向可控硅，構成了芯片的輸出。

一般使用第6引腳配合第8引腳連接負載即可。如圖：

APH2223在結構上，就是將一只發光二極管與兩只光敏雙向可控硅封裝在一起。如圖：

探究一下光敏雙向可控硅的作用：這是二極管，它可以很輕松地將交流電整流為脈動直流電，如圖5。但是何時導通何時截止卻無法控制。

改變內部結構，再引出一個控制極G。這時就可以通過這只引腳來控制器件的導通與關斷了。這就是單向可控硅。如圖。

但是單向可控硅的導通方向固定，無法反向導通，于是我們將兩只單向可控硅反向并聯，這樣，其導通方向就隨著觸發信號極性的改變而改變，這就是雙向可控硅流。

特點：

1.緊湊傾斜類型SSR這是理想用于AC負載控制

2.支持0.3A，0.6A，0.9A和1.2A開啟狀態rms電流。

3.1.2A型使用A DIP 8針包裝節省空間（僅競爭對手提供A 16針型。）

4.能同時處理100和200伏的AC負載，此繼電器處理A單個產品中的兩個電壓對于用戶不需要使用兩個類型來管理單獨零件號。

5.高介電強度：5000V AC（在輸入和輸出之間）

6.提供兩種類型：零交叉類型和非零交叉類型

典型應用：1.家用電器（空調，微波爐，洗衣機，個人衛生系統，冰箱，風扇加熱器，感應加熱炊具，和熱水器等）；2.工業設備市場。

APH2223在工作時，其內部進行的是兩個相反的光電轉換的過程，輸入端的發光二極管將電能以光子的形式釋放出來。輸出端的光敏可控硅，接收光電子帶來的能量，在光電導效應下，引起光電發射，產生光電流，從而使輸出端導通。

審核編輯：湯梓紅