固态继电器技术手册(环球电气之家)

环球电气之家-中国固态继电器网固态继电器技术手册环球电气之家：目录第一节 固态继电器主要品牌简介 31.1 CRYDOM快达(推荐品牌) 31.2 CELDUC赛德 31.3 CROUZET高诺斯 31.4 CARLOGAVAZZI佳乐 31.5 OMRON欧姆龙 31.6 FOTEK阳明 3第二节 固态继电器介绍 42.1 固态继电器定义 42.2 固态继电器机械设计 52.3 固态继电器与电磁机械继电器比较 62.4 选择使用固态继电器的主要原因 72.5 固态继电器与电磁继电器之间最基本的技术差别 8第三节 固态继电器电路分析 93.1 固态继电器输入电路 93.2 固态继电器触发电路 123.3 固态继电器输出电路 15第四节 固态继电器散热 204.1 固态继电器的散热介绍 204.2 热传导的基础理论 204.3 散热简易计算－使用图表 214.4 特殊散热应用情况 21第五节 固态继电器负载类型与选型 255.1 固态继电器负载开关 255.2 电阻负载 255.3 感性负载 275.4 电容负载 325.5 固态继电器的各种连接 335.6 总结 34第六节 固态继电器保护 346.1 固态继电器瞬态保护 346.2 RC保护(缓冲电路) 356.3 瞬变电压抑制二极管保护 366.4 压敏电阻保护 366.5 直流固态继电器保护 376.6 瞬时电流保护 376.7 固态继电器常见故障与分析 38第七节 固态继电器替换 397.1 固态继电器替换介绍 397.2 固态继电器替换注意事项 397.3 固态继电器替换一般原则 40第八节 固态继电器专业术语 418.1 输入特性专业术语 418.2 输出特性专业术语 41固态继电器主要品牌简介CRYDOM快达Crydom是固态继电器的发明者，全球固态继电器第一品牌，是全球最专业的固态继电器厂商。2005年被施耐德电气收购，加入施耐德下属业务单元CST事业部。Crydom提供目前全球最全面的固态继电器产品和解决方案。CELDUC赛德Celduc是世界知名固态继电器品牌之一，在欧洲拥有较高市场占有率，是全球固态继电器第二品牌。Celduc提供了丰富的固态继电器产品和解决方案。CROUZET高诺斯Crouzet是世界知名固态继电器品牌之一，在欧洲和北美市场都拥有不错的市场占有率。2004年被施耐德电气收购，加入施耐德下属业务单元CST事业部。CARLOGAVAZZI佳乐CarloGavazzi是欧洲知名固态继电器品牌，在欧洲市场拥有不错的市场占有率。部分产品国内生产，价格相对较低，在中国也有一定的市场知名度，CarloGavazzi提供了较为全面固态继电器产品和解决方案。OMRON欧姆龙Omron凭借其丰富的自动化和传感器产品，在业界享有较高的市场知名度。因此Omron固态继电器也是中国固态继电器市场的知名品牌之一，由于部分产品国内生产，价格相对较低，在中国拥有较高的市场占有率。FOTEK阳明FOTEK是来自台湾的固态继电器品牌，在中国市场拥有比较高的市场知名度。固态继电器介绍固态继电器定义固态继电器（SSR）是一种无触点电子开关器件。它的主要用于实现控制电路（通常为低压电路）与高压负载电路（如电机，水泵，电磁阀，加热器等）之间的隔离和控制。尤为重要的是固态继电器开关动作是完全静态的，没有任何运动部件，因此固态继电器拥有几乎无限长的使用寿命。尽管电子开关技术在很多年以前就发展起来了，但是固态继电器作为标准产品第一次面世还是在20世纪60年代末。尽管当时固态继电器结构还非常简单，但随着电子元器件的小型化，固态继电器的性能也不断改善，越来越多的辅助功能加入到固态继电器中。因而现在的固态继电器除了应用于常规的加热控制，还适合应用于某些特定的功能应用，如软启动，电机正反转控制，调压等。固态继电器结构固态继电器通常由5部分功能块组成，如图所示：输入电路隔离电路触发电路开关电路保护电路负载AC主回路固态继电器输入电路电磁继电器的输入特性（电压，电流等）是由输入线圈决定的；而固态继电器输入特性或多或少有些复杂。简单的输入电路是由串联电阻和双向二极管组成；复杂一点的输入电路则由输入电压范围宽并且电流恒定的回路组成；对于由模拟信号控制的固态继电器来说，输入回路则由模/数转换电路组成。隔离电路电磁继电器隔离是通过电磁铁和线圈的耦合来实现的。而固态继电器隔离则一般采用光电隔离的方式，对于一些老式的固态继电器，也有采用电磁铁形式，甚至簧片形式来实现隔离。触发电路触发电路的主要功能是接收控制信号，并实现触发输出信号的开关动作。输出信号的开关动作相对比较复杂：有过零型和随机型等。触发电路确保固态继电器按照用户需要的模式进行开关切换动作。如过零型，在施加控制信号后，只有当电压越过零点时，固态继电器才会产生导通动作。开关电路开关电路的功能是实现负载的通电与断电。开关电路可以是双向晶闸管，MOS晶体管（实现DC开关），或双向可控硅（SCR）等。与电磁继电器比较，电磁继电器的开关只是一对触点，即可以通交流也可以通直流；而固态继电器的输出则由开关电路的特性决定，只能采用DC或者AC供电，而不能混用。保护电路通常，电磁继电器有灭弧保护电路。而固态继电器由电子电路组成，其输出电路对交流电的电磁干扰比较敏感，因此需要增加保护电路来抑制和消除输出电路中的浪涌以及低压控制回路上的干扰。这些类似的保护也可以安装在固态继电器外部，但现在越来越多的保护功能已经集成到固态继电器内部。固态继电器的优缺点固态继电器优点非常明显，它无机械运动部件，无触点，无噪声，寿命长，开关速度快，抗干扰能力强，并且体积小，防腐蚀，防潮湿，耐振动，耐冲击，能与TTL，DTL，HTL等逻辑电路兼容，可以实现以微弱的控制信号控制和驱动高电压，大电流负载。其主要缺点：存在通态压降，内部开关器件会产生热量，需要增加散热措施；断态有微小漏电流，此微小漏电流有时会导致小功率负载导通（如电磁阀）；交直流电不能通用，触点数目少；另外对过电压，过电流，电压上升速率和电流上升速率等都有特别的要求。电磁继电器固态继电器固态继电器机械设计当电流流过固态继电器可控硅结点时，根据焦耳定律，在结点处会产生一定的热损耗。如何将散热器和固态继电器结合起来，达到最好的散热能力，这对于固态继电器能否长时间稳定工作起着决定性作用。当然，散热能力取决于散热器的尺寸、环境温度以及固态继电器与散热器之间结合的好坏。可控硅与底板连接国内低端固态继电器都是直接用螺丝将可控硅芯片固定在继电器金属底板上，这样种方式的导热效果很差，特别在使用一段时间后非常差，固态继电器非常容易损坏。国内稍微好一点的固态继电器则采用了焊接工艺，将可控硅芯片焊接到金属底板上，这样可控硅芯片与金属底板之间结合更加紧密。相对于直接用螺丝拧来说，散热能力更强。对于进口高端品牌固态继电器来说，采用了DCB技术，获得了最好的散热效果。DCB技术根据不同需求和性能要求，通常将芯片合成到基于陶瓷（Beo或Al2O3）基板的线路上，陶瓷基板通常由几种不同的材料夹层组成。在中低功率芯片上，传统合成工艺一般采用粘胶、焊接或真空蒸镀。由于不同材料的热膨胀率不一样，采用传统工艺的这些合成件夹层之间空隙数量会随使用时间快速增加，空隙数量增多会显著降低产品的导热性能。在DCB技术中，三明治型式的夹层是采用热压缩技术合成，这种技术使铜原子扩散到陶基板的上半部，完全结合。这使得合成件具有一致的热性能，对不同材料产生不同的热膨胀效应不敏感。对于大功率固态继电器，尤其是75，100和125安培的继电器，在外壳散热底板部加入一块厚铜板，可以加快热传到散热器。DBC技术的主要优点中，下面几点特别值得一提：●改善热阻●更高的带负载能力●工作温度高达800℃●由于间隙更少，可靠性提高●降低组装成本，并节省材料将铜扩散到陶瓷芯片的上部，也使得合成件相比传统方法合成的合成件具有更好的机械抵抗能力。因此固态继电器的输出端可以直接连接到芯片上，这样显著提高了固态继电器的电气性能和散热效果。固态继电器与电磁机械继电器比较固态继电器全部采用电子元器件，从而相对于电磁继电器拥有很多的优点，但是也有一些局限性。下面表格展示了固态继电器与电磁继电器各自的优缺点。电磁继电器优点缺点低的残留输出电压不需散热片价格便宜可以提供多组触点和常开常闭触点无漏电流AC和DC兼容尺寸紧凑最大开关频率有限（5－10Hz）动作有噪音产生电磁干扰触点寿命有限开关动作不能完全同步触点跳动大电流操作性能差，会产生电弧与数字回路联接需接口控制功率高，通常高于200mW固态继电器优点缺点控制功率低，通常10－50mW可以实现同步开关可以实现一部开关在同步开关模式中，电磁干扰低长寿命，是电磁继电器的50－100倍响应时间快无机械运动部件无机械劳损与数字电路兼容抗震动，抗冲击防腐防潮无噪音动作有残留输出电压1－1.6V输出只能是AC或者DC，不能兼容通常需要散热片不适用小输出信号存在漏电流只有单一触点这两个表格显示，在常规的开关应用中，固态继电器相对电磁继电器没有明显的劣势。通过比较，我们得了解固态继电器应用的某些局限性，这些都会影响到我们最后的继电器选择类型。首先，我们要接受这样一种概念：没有一种继电器可以适合所有的应用场合。继电器的应用很大程度上取决于机械和电气环境，因此不可能定义出一套精确的选择参数来指导用户做出继电器的最佳选择。因此，只能根据每个具体的应用来做出继电器最终选择。选择使用固态继电器的主要原因继电器寿命在使用正确的情况下，固态继电器长时间使用寿命和高可靠性是它最重要的特点。在实际应用中，固态继电器的触点可永久使用，而电磁继电器的触点会受到劳损，腐蚀，粘结等的影响。电磁继电器会由于运动部件（弹簧，电磁铁）的损坏而出现故障，通常固态继电器的寿命是电磁继电器寿命的50－100倍。长期使用价格便宜价格因素是继电器选择的重要考虑因素。初次购买成本，在同样的技术要求条件下，电磁继电器通常低于固态继电器。然而，这并没考虑到电磁继电器的使用寿命，没有考虑以后由于监测，维护，更换电磁继电器所产生的费用。同样在控制回路中，使电磁继电器与控制线路之间能够匹配的费用通常也没有考虑到，这个费用通常也是很高的。为了有效消除电磁继电器触点震动产生的干扰，也会带来其他的费用。控制功率电磁继电器对控制信号的敏感度只有固态继电器的二十分之一，也就是说，在获得同样的输出功率的情况下，电磁继电器所需的功率通常是固态继电器所需功率的10－20倍。而固态继电器控制所需功率只需200－500mW，低消耗功率可以与数字电路系统直接兼容。环境抵抗力环境抵抗力是一个非常复杂的标准，但固态继电器始终在这方面具有优势。固态继电器具有良好的机械性能，因为它没有运动部件。固态继电器树脂包装外壳使它具有良好的抗震动，抗冲击，抗腐蚀性能。此外，湿度对固态继电器几乎没有影响，只是稍微降低它的绝缘性能。而电磁继电器对湿度非常敏感，长期高湿度会使电磁继电器产生腐蚀。开关速率开关速率通常也是选择固态继电器还是电磁继电器的一个重要因素。控制响应速率在某些过程控制货机械自动化应用中非常重要，甚至至关重要。在某些特殊功率因素很低的应用场合，电磁继电器是不能使用的。还有在一些确保开关稳定，不允许有跳动的场合，不能使用电磁继电器。电磁辐射固态继电器可以在回路电压过零点的时侯开关负载，从而在相当程度上限制瞬态现象，避免电流浪涌及产生的电磁辐射。在某些功率因素很低，开关必须稳定，不允许有振动的场合，就必须选用固态继电器。此外，在选择继电器过程中，更多的技术参数需要考率，在后面的章节中，我们会更详细地来描述。固态继电器与电磁继电器之间最基本的技术差别动作模式电磁继电器只能以异步的方式对负载实现开关，也就是说触点的开关只是单独由控制信号控制，与电源信号在时间上没有任何关系。而固态继电器可以同步方式实现对负载的控制。从而可以实现除异步方式开关外的以下一些开关模式：异步模式电压零点或峰值同步模式相位角模式脉冲模式特殊注意和输出回路保护固态继电器是全部电子式结构，这就要除在输出回路采用一些保护之外，还需预先考虑到一些注意点。这些包括：A）采用的保护措施，可以根据固态继电器所带的负载类型来确定，这些措施通常已经被制造商集成到固态继电器的制造过程中去了。这些措施主要包括在AC电源回路中的瞬态保护。RC过滤组件，用于保护电压突变产生瞬态电压。采用可变电阻或TVS管来保护瞬态和高能量浪涌。B）其他一些保护措施取决于负载和外部回路特性，这可由使用者自己完全来确定和改善。采用快速熔断器或某些断路器来提供短路保护。将固态继电器安装在合适的散热片上，改善导热效果，来改善热保护。固态继电器电路分析固态继电器输入电路输入回路与输出回路一起，是固态继电器最基本的组成部分。你必须熟悉输入回路的参数，确保正确使用，及与外部控制电路兼容。输入电路隔离电路触发电路开关电路保护电路负载AC主回路固态继电器为满足工业应用现场多种需求，固态继电器输入回路设计成电压控制方式，直流一般到35VDC，交流一般到280VAC。有些固态继电器可以用任何一种电压方式。直流输入电路下图显示两种不同的直流输入电路配置：图A图B在图A所示输入电路中，控制电压直接加在发光二极管和光电耦合器两端。当光电耦合器两端电压超过其2或3伏的门限电压（发光二极管的门限电压），并且电流超过2mA(也就是说光电耦合器的关断功率约为5mW)时，光电耦合器就会激发导通。当控制电压降低到低于1伏左右时，光电耦合器就会关断。在回路中串联一个电阻，可使输入回路控制电压上升到35V，并且优化是光电耦合器的使用条件，保证光电耦合器的使用寿命(200000小时)。为了避免偶然的输入信号极性反接，在输入回路中反并联一个二极管，这就会使反向电压限制在0.6－0.7V，也就是说反向电压低于光耦反向击穿电压（约2－3V）。这种回路主要缺点就是没有LED指示输入回路状态。LED的亮度取决于流过的电流大小。在图A中，电流随电压的变化而变化，因此基于回路调整，一个5V的控制电压也许不能获得很好的LED亮度。这就是为什么带LED指示灯的输入电路一般采用图B所示的电路。此电路包括一恒流发生器。当控制电压超过门限电压0.6-0.8VDC，恒流发生器就将流过光电耦合器和LED指示灯的电流维持在预先设定好的一个值，通常是10-15mA，而不会随控制电压的变化而变化。带恒流发生器的输入回路有低跳变电压缺点，致使输入回路容易受到外部浪涌的影响。另外一方面，通过串接二极管增加电压反接保护，最高的反接电压可高达500V。直流输入回路接线DC输入控制型固态继电器既可以通过“＋”端控制，也可以通过“—”端控制，只需遵守电源的极性及控制单元的电流容量。最主要的输入控制接线方式在下图中展示出来了。TTL回路在TTL回路中，大部分固态继电器能被16mA电流及残留电压(0.4-0.5V)的信号所控制，既然TTL输出是灌电流输出(这等同于NPN输出)，就必须采用接”-”端控制。COMS回路标准的COMS器件是不能用于控制直流输入固态继电器的，因为其输出电流太低(<1mA)。带集成缓冲器并且输出电流可以达到10mA的COMS器件是理想选择。它们的接线方式也必须像TTL电平器件一样。NPN集电极开路输出继电器开关PNP集电极开路输出CMOS电路缓冲电路固态继电器负载取决于电压和供电电源，对于COMS一般大于5V来控制固态继电器。对于没有带恒流发生器的输入电路来说，必须考虑串联电阻来限流，电阻大小的选择取决于输入回路的参数，一般情况下，对于10-15VDC的控制电压，选择1000和2000欧的电阻是通常选择的大小。两线制传感器接线注意当固态继电器是通过两线制传感器设备或其他高漏电流设备来控制的，例如传感器或固态继电器。建议检查漏电流是否单独能够驱动固态继电器。在输入端并接一个电阻来确保由漏电流产生的电压低于接通门限值(1V)。传感器或固态继电器断态漏电流（最大1-8mA）分流电阻（按V<1伏选）其他注意事项为了限制输入端受电压浪涌(DC或AC)的影响，造成意外的关断，甚至输入回路损坏。可以在直流固态继电器输入端并联一个齐纳二极管。交流输入电路输入回路配置：交流控制输入固态继电器输入电压范围通常为90-280VAC。交流控制信号被整流成半波或全波，经过滤波，整定，然后在加到光电耦合器和输入状态LED指示灯。因此采用交流输入控制的固态继电器同时可以采用直流电压来控制。由于这种类型的滤波整流电路输入阻抗很高，因为可接受的输入电压也很高。DC直流控制电压的值可以达到交流电压的有效值开关继电器交流输入固态继电器交流输入电路接线交流输入控制固态继电器可以像直流输入控制固态继电器一样采用干结点方式控制(开关，电磁继电器)。也可以在SCR或Triac的阳极和阴极之间接入固态继电器来实现固态控制方式。值得注意的是AC/AC固态继电器可以在输入和输出端接两种不同的电压源，只要电压源的电压和频率满足技术要求。此外，采用DC控制的固态继电器可以转换成交流控制的固态继电器，只要在外部增加一个额外的滤波整流电路(图3)。这个在较低的交流控制场合非常合适应用(比如24VAC交流控制)。DC-输入控制固态继电器（R2=固态继电器内阻）当知道R2的阻值时，就可以确定R1的阻值。近似可以将固态继电器两端的控制电压认为是R1和R2分压：固态继电器触发电路固态继电器触发电路提供输入电路和输出电路之间的连接，并且是固态继电器满足要求的技术规格。这个电路也决定固态继电器的开关模式。这些开关模式会在后面详细描述。在这里，我们还是要说一下，最常用的开关模式有：瞬时型开关模式跨零型(过零型)开关模式输入电路隔离电路触发电路开关电路保护电路负载AC主回路固态继电器瞬时型开关模式(异步开关模式)在瞬时型开关模式固态继电器内，从控制信号加载至固态继电器输出闭合之间的时间间隔(接通响应时间)非常短(约0.1-0.2ms)，并且这个时间仅受固态继电器内部元件响应时间的限制。因此，瞬时型开关模式固态继电器可以在正弦波上任意一点导通。当控制信号断开时，输出元件(SCR或TRIAC)会永远在正弦波跨零点时断开或截止，因此固态继电器的断开响应时间会小于正弦波的半个周期(最大10ms，对于50hz频率来说)。异步型固态继电器触发电路原理图输入电路触发电路晶体管负载传输时间=<0.1mS控制信号电流主电源电流负载电流阻断点在这种情况下，触发电流的功能简单地控制着输出信号。瞬时开关型固态继电器一般用在一些要求很短响应时间的阻性或感性负载场合(只要功率因素小于0.7)。瞬时开关型固态继电器的主要缺点就是对输入信号端的浪涌脉冲很敏感，只要达到固态继电器的门限电压就会触发固态继电器动作。因此对这类型固态继电器的输入端，要特别注意保护，特别是在一些电磁干扰比较厉害的场合。跨零型开关模式(同步开关模式)跨零型开关模式是指在控制信号加载后，固态继电器会在负载主电路第一次跨零点时接通，跟瞬时开关型固态继电器一样，当控制信号去除时，也会在负载电路第一次过零点时断开。然而，固态继电器不会在电压正好到达0V时导通，而是在充分接近某一可以激活固态继电器内部电路的电压(同步电压)，这个电压通常接近+/-15V，这个电压取决于固态继电器的内部电路，对于240VAC供电来说，对应的相位角约为2-3度。因此，任何控制信号加到固态继电器上，当输出电压高于同步电压时，只能将这控制信号算下半个周期，也就是说响应时间要10ms(50hz电源供电)和8ms(60hz电源供电)。这种特性使固态继电器有良好的抗输入端浪涌的特性。同步型固态继电器触发电路原理图输入控制信号更新电路检测过零负载SCR两端电压负载电流控制电压主电源可能的开关窗口触发电压（最低）导通最大压降导通区间在这种开关模式下，接通电压非常低，因此在这个阶段的功率等级也很低，产生的电磁辐射也控制在很小。这种型式的固态继电器强烈建议用于开关加热元件，甚至是在高频情况下。除了限制电磁辐射外，采用跨零型固态继电器可以限制浪涌电流，可以大大延长设备使用寿命。固态继电器输出电路固态继电器的一般结构：输出电路输入电路隔离电路触发电路输出电路保护电路负载电源固态继电器固态继电器的输出电路只不过是开关负载电流的一个元件；我们仍然以开关时的信号来定义固态继电器–交流或直流。由于考虑到价格原因，现在所采用的技术中，交流和直流的开关不能同时用在同类型的固态继电器上，同时会产生电磁不兼容的问题。同样，由于散热和价格原因，电子元件结构也不允许同时有多个输出，同时也会产生电磁不兼容的问题。直流输出（直流固态继电器）根据具体的需求，直流输出固态继电器的电器元件采用一个双向晶体管或FET晶体管（场效应晶体管）。为了获得快速响应时间，并且输出电流不大（＜＝10安培），双向晶体管是直流固态继电器开关元件的理想选择。FET晶体管一般用在要求有非常低的漏电电流低（＜10微安），负载电流大（30到40安培）但温度升高并不多的应用场合。双向晶体管输出直流固态继电器控制电路负载电源电压直流输出的固态继电器场效应晶体管输出直流固态继电器（电流一般低于10安培）控制电路负载电源电压直流输出固态继电器的输出元件可以采用2线制或3线制输出。2线制输出主要用于输出电流小于10安培并处采用模块式封装外壳的固态继电器，3线输出一般应用于I/O模块。在2线制输出电路中，负载可以串联于固态继电器的任何一个端子上，只要电源电压的极性符合要求。当输出元件是双向晶体管时，2线连接方式可以防止晶体管完全饱和，这样使得固态继电器输出两端接通时的压降保持在1.2-1.5VDC。这在大多数应用场合是可以接受的，特别是负载电源电压比较高时（＞24VDC）。当输出端的工作电压较低时，例如在数字接口系统中，一个1.5VDC的残余电压就显得太高了；在这种情况下得用3线制方式，使得输出晶体管全饱和时，残余电压只有0.2-0.3VDC。I/O模块通常被应用于两个低压数字系统或组件之间，用作隔离接口，因此通常有3线输出的PNP或NPN模式。当固态继电器接通时，场效应晶体管相当于一个小电阻（50到80毫瓦）。根据欧姆定律，由于固态继电器输出端的压降取决于通过的电流大小，例如通过20A的电流，固态继电器量大电压降约为1.2-1.5VDC。触发电路供电电源IO输出逻辑地NPN输出连接模块式外壳固态继电器交流输出（交流固态继电器）在交流固态继电器中，开关元件根据需求，由可控硅组SCR或可控硅TRIAC组成。对于高额定输出电流（＞50安培）或者高峰值电压（1200到1500伏特）的交流固态继电器，一般选用两个SCR可控硅组背靠背安装，而不选用单个双向可控硅TRIAC。单个双向可控硅TRIAC输出型固态继电器则更适用于要求经济便宜，对电流或dv/dt(电压变化率)性能要求不高的场合。可控硅SCR在交流固态继电器中，通常采用可控硅SCR做开关元件，因为它SCR具有通断几千安培的电流，同时使固态继电器输出端的电压限制在一个比较低的电压（最高不超过2VAC），并且它还能承受10-12倍额定电流的非重复峰值电流。另外，可控硅SCR也能承受高达几千伏的反向峰值电压。可控硅SCR的原理耦合电容门极阳极阴极可控硅SCR相当于一个单向二极管，当控制输入端无效时，它能阻止两个方向的电流。在门极施加一个短的脉冲或者所加电压超过翻转电压VB0，可控硅SCR就可以导通（从阳极到阴极）。同时，只有在电压翻转或者通过的电流减少到低于最小维持电流IH并持续很短的一段时间（约15us）。可控硅SCR可以看成是将两个晶体管装在一起，集成到同一个硅芯片上，使它们之间产正向逆反馈。当V1的基极或门极施加一脉冲信号后，V1开始导通，在晶体管V2的基极产生一电流，使得流过V2集电极（V1基极）的电流增大，使得V1进一步饱和（正向逆反馈）。进一步，可控硅SCR就不再受其输入端控制。可控硅SCR相当于一个开关二极管，但作为一个单向元件它有许多弊端。为了克服其弊端，使其能在电源正、负半波都能工作，通常在固态继电器中采用两个SCRs反向并联（背靠背安装）。可控硅SCR的电压-电流特性峰值反向电压最小持续电压翻转电压锁住状态门控激活特性可控硅Triac随着半导体技术发展，可以非常经济方便地将两个同等的反向可控硅SCRs合成在同一芯片上，受控于同一个输入端：这样可控硅Triac就诞生了。然而可控硅Triac很大程度上受限于电流（最大电流=40/50安培），电压（最大=800伏）和最大的dv/dt特性。最大的dv/dt值被认为是最重要的参数，dv/dt参数可以通过增加滤波器来改善，滤波器也集成到可控硅Triac内部。通常不带滤波器的双向控硅Triacs被称为“无吸收”可控硅。SCRs背靠背安装输出固态继电器控制电路交流负载输出元件可控硅Triac的电压-电流特征输入端输入端工作特征锁住状态特征电源通断还有其他解决方案，如交变可控硅（2个背靠背安装可控硅组SCRs受控于一个双向可控硅Triac）；它的动作类似于两个背靠背安装的SCRs。功率元件的主要受限因素可控硅SCRs和Triacs，以及其他开关元件，通常适用于快速通断大电流的场合。除了考虑一般的最大电流、电压等的限制外，还要考虑其他一些具体的限制因素，来优化固态继电器的性能和避免故障。静态dv/dt限制可控硅组SCRs和Triacs这些器件迷人特性（大电流，高开关速度）源自于它们的正向逆反馈，同时，正向逆反馈也给这些器件带来dv/dt限制。在阳极和阴极之间产生一个瞬时的电压变化，可能会导致SCR不受控地导通。由于阳极和门极之间的电容效应。如果C是杂散电容，电流通过此电容，因而V1（见可控硅SCR原理图）的基极电流可被定义为：I=C.dv/dt取决于C和dv/dt值的大小，电流有可能上升到足够高，使得可控硅SCR导通。施加在固态继电器两端的最大电压变化，而不会使固态继电器出现非受控导通的值（静态dv/dt），通常在技术规格书中明确以V/us的方式标识出来。500V/us是可控硅SCR的典型值，而双向可控硅Triac的dv/dt大约是200V/us。通过比较，230VAC，50Hz的供电，在通过零点时的最大dv/dt值是0.1V/us。dv/dt值可以通过在内部或外部加RC阻容吸收，得到显著提高。然而RC滤波器的缺点是增大漏电电流。开关动态dv/dt限制同样SCR非受控导通现象也会发生在带感性负载，电流过零点时断开电路的情况下。在这种情况下，可控硅SCR在电流过零点时断开，主回路的瞬时电压就会立刻加在可控硅SCR的两端。电流和电压的相位相差越大，则电压的变化越陡峭，同时阳极和门极的电容耦合效应可以使控硅SCR反向导通，引起错误导通故障。引起可控硅triac导通的dv/dt典型值为20V/us。然而，这种故障非常少见，只发生在接近额定电流时，开关高感性负载的情况下。使用“无吸收”元件也可以减少这种现象。di/dt限制由于内部的半导体结构，可控硅组Triacs和SCRs仅有非常有限的能力来吸di/dt电流变化，在半导体的结点处会有因为过热而损坏的危险。固态继电器可承受的最大di/dt值取决于输出元件，其范围从10-200A/us。在实际应用中，很难达到这些值。这是由于在电流增加时，所有线路中的杂散电感应（尽管微弱）和电阻阻抗限制了电流的增加率。漏电流交流固态继电器都是2线制输出元件，跟同类电子元器件一样，存在有漏电流的缺点。取决于所选用的元件不同，一般漏电电流通常在2到10毫安之间。将它们应用到控制系统时务必要考虑到漏电电流可能带来的影响。采用吸收器或外接RC过滤器会进一步增加漏电电流。开关高度感应负载的dv/dt图像导通状态负载电流可控硅SCR（triac）两端的电压相位差主电源dv/dtdi/dt断开状态固态继电器散热固态继电器的散热介绍要保证半导体器件能够正常工作，其工作温度必须低于厂商指定的最高工作温度值。对于大多数半导体器件而言，在正常使用条件下是不会达到最高温度的。如果超过指定的使用功率，就必须使用散热器给半导体器件进行散热。固态继电器是非常容易受温度影响的半导体器件。因此必须充分散热，以防止固态继电器中功率器件结点的温度超过120-125摄氏度热传导的基础理论固态继电器控制输入端的功率通常很小，因此继电器的功率消耗主要在功率器件，因此功耗计算公式如下：Pd=Vo*Ic，在此：Vo是固态继电器两端的压降（SCR是1.25到1.4伏，Triac是1.65到1.85伏）Ic是通过继电器的电流热学关系符合欧姆定律类似的法则，热阻可由以下方程计算：R=△T/Pd，在此，Pd是散热功率，△T是两测量点的温度差。散热图温度半导体基板底板散热器环境空气上述热图的方程如下：RθJA=RθJC+RθCS+RθSA=(TJ-TA)/Pd(℃/W)RθSA=(TJ-TA)/Pd–(RθJC+RθCS)在此，RθJC=在半导体连接处和固态继电器外壳间的热阻。此值在固态继电器技术参数中给出。RθCS=固态继电器外壳和散热器之间的热阻。如果继电器安装正确并采用复合传热，此值接近0.1℃/W，如果不采用复合传热，热阻会增大10到20倍，变成1到RθSA=散热器的热阻。由厂商根据型号设定，热阻值一般在0.5和3之间。散热简易计算－使用图表虽然上述计算非常精确，但在实际应用中需要采用热电偶或类似的传感器来测量温度，这个过程相当繁琐。为了简化计算并帮助选择散热器，可以采用供应商提供的图表，它能够简便得用来为所有的固态继电器选择最佳的散热器。25A(1200&600伏)固态继电器负载电流（A）环境温度（℃）T散热器知道了负载电流（A）和环境温度（T），最小散热性的散热器可以从下表中选定。为了确保良好工作，通常选取在（T-A）交点上方热系数的散热器。画一条水平线通过所用的电流，画一条垂直线通过环境温度，选取两线交点上方的曲线。这样就选好了散热片的型号。例如：T=50℃，A=→画出A和T线→选取2℃/W的散热器选取最佳的散热器，就只要查询散热器厂商的样本，根据所选散热器的外形，选取必要的长度来获得期望的散热系数。注意：一般而言，上述给定的系数是散热器竖直方向安装时的系数，竖直安装有助于热交换。如果用于别的安装位置，散热系数会减少，接下来将介绍这些系数。特殊散热应用情况强制空气冷却在固态继电器和散热片周围进行强制空气对流冷却，对于给定规格的散热器而言，肯定具有更好的散热效果。在强制空气冷却下，任何外形的散热器热阻系数可由下述方程式计算：Rthforcedair=α.Rthnaturalconvection强制空气冷却散热器的效果图：散热器安装方向一般情况下，散热器的热系数通常是按照最佳自然对流和竖直位置给定的。把竖直位置改为水平位置，水平表面朝下或者水平面朝上时，散热器的散热效果会显著降低。安装类型：竖直位置水平，表面朝上水平，表面朝下通常，热阻可以用下述简单公式计算：Rθ=I/hC.(散热片总散热面积)m2在此Rθ的单位是℃/WhC=热传导系数，单位是W/m2并且h=1.42K竖直位置h=1.21K水平位置，表面朝上h=0.63K水平位置，表面朝下k值是一个取决于散热器温度和几何形状的系数整个计算显示水平表面朝上位置比竖直位置的热阻增加了7到10%；同样计算得出水平表面朝上位置比水平表面朝下位置的热阻增加了100%。厂商定义散热器的热阻值通常基于最佳散热效果的位置（竖直位置）。为了简化计算，根据不同安装位置，可以使用下表中的修正系数。散热片安装方向散热片散热系数修正垂直1水平朝上1.1水平朝下2.1不同温度差的效果散热器的热阻可由公式Rθ=T/P算出在此，T是环境空气和散热器中空气的温度差。散热器生产商的给定热阻值，通常是根据给定的￠T(温度差)值确定的（通常为50℃）。因此，必须正确的考虑真实的￠T值，并考虑应用情况，准确地选则最佳散热器，下面原则是毋庸置疑的：“温差T越大，散热和热交换能力就越强，反之，则相反”。散热器表面情况的作用散热材料的散热能力基于散热器外型(形状，位置)，所采用的材料，表面情况(对于大散热器来说)等的一个复杂函数。今天，固态继电器采用的大多数标准散热器是采用未处理的，镀铬的或者阳极氧化的挤出铝型材。每一种不同表面处理产生不同的外观和散热能力。这里着重指出，材料的大部分热辐射主要是不可见光频谱。由此很容易推断出，材料的颜色对总的热辐射没有多大意义。因此，通过阳极氧化制成的散热器散热效果都是相同，与其表面颜色（黑色、绿色或蓝色）没有什么关系。散热器的散热效果不仅和其表面处理有关，同时也和散热片形状有关。一般可以参照下表。阳极氧化镀铬未处理相关散热性能100%92%87%值得提醒的是，强制空气冷却时，散热器和周围环境之间的热交换主要以对流形式而非辐射形式；因此表面热辐射作用可以忽略，阳极氧化的散热器的散热性没有什么优势。控制柜背板的使用为了节省成本，固态继电器通常安装在控制箱的金属板上。这种情况下，金属板就是散热器。一般情况下，一块5毫米厚，18平方厘米大小的铝板的热阻大约是3℃/W，而相同尺寸的钢板，在相同条件下热阻更高，大约为4值得注意的是，在工业中通常在控制单元的后部装一块金属板，这块板可以用作散热器，或者控制柜本身的后板也可以用作散热器。这种情况下，要增加散热效果，需特别注意，必须要除去控制单元背板的所有涂漆。多个固态继电器使用同一散热器散热器的性能通常基于单个固态继电器装在散热器的中央。当多个固态继电器装在同一散热器上时，可根据固态继电器的数量把散热器进行等分成相应数目的单个散热器，作为简单的算法，每段可认为是独立的。然而，这种方法只适用于继电器之间相隔很远时使用。对于单个继电器而言，这种方法只能在两个继电器之间相距10厘米以上时才有效。对于多个固态继电器装在同一散热器上或者每个继电器间间隔小于10厘米，用整组的等效散热图来计算热阻，下面的例子说明了三个继电器装在同一散热器上的情况。热阻图可以表示为下图所示。多个热源在同一散热器上的热回路TJ(n)每个固态继电器结点温度TC(n)每个固态继电器外壳温度TS散热器中的最高温度点RθJC(n)每个继电器外壳交界处的热阻RθCS(n)每个热源所在散热器和继电器外壳间的热阻RθSA散热器热阻要算出最佳RθSA值，使用下面的公式计算每个热源并选择最低热阻值RθSA的散热器。RθSA=TJ1-(RθJC(n)+RθCS(n))P1–TAP1+P2+P3考虑到实际上热源分布在散热器上的点不同，为了确定有更好的散热效果，使用下面的公式修正。RθSA=calculatedRθSA/0.7举例特殊安装的防范措施除了上述在理论方面的考虑之外，在安装继电器时，注意其他一些小细节上的预防措施也是至关重要的。特别是，散热器装在整个系统中，要不受外部干扰，能自由地发生自然对流散热。因此，要确保竖直安装散热器。固态继电器的安装位置不能阻挠空气对流，同样，其他发热元件（电子设备等）不能安装在空气对流的位置上。为防止继电器基板（铝板、铜板或钢板）的破损，安装螺母时的紧定扭矩应在1.1到1.3牛米之间。这个扭力值可以确保基板不起气泡和不破损，同时增强综合热传递。在铝板双面粘贴上特殊热化合物，粘液温度在50℃固态继电器负载类型与选型固态继电器负载开关在大多数情况下，按照一般的规则，如果采用电磁继电器不会引起什么特殊的问题。当固态继电器连接不同类型的负载时，由于对固态继电器应用条件缺乏了解，因而在固态继电器的应用上经常会遇到很多困难。电阻负载在一个纯电阻负载的电路中，瞬间电流总是与两端的的瞬时电压成比例。在这种应用中，电流和电压在相序上同步，可由下述等式描述：V=R.I此处R是电路的电阻。如果采用固态继电器对这类负载进行开关控制，那么强烈推荐使用同步开关固态继电器(过零型固态继电器)：当电流与电压同步时，固态继电器会在电压和电流过零点时接通或断开电路。在种条件下，固态继电器将这样工作：dv/dt值会受由到电源限定（对于一个50赫兹230伏的电源来说是105000v/s，即0。1伏/微秒）di/dt值会由负载和输出回路阻抗限定。电阻负载的同步开关电源电压控制信号负载电流/电压负载固态继电器两端电压电磁辐射也非常有限，因为在开关时正好位于低功率点上。这种用于电阻负载的同步开关型固态继电器，特别适合用于加热器，在这种应用中，通常开关频率会比较高。在纯电阻负载应用中，大多数情况下只需简单考虑电路的最大电流和最高电压，可以使固态继电器能够正常工作。关于白炽灯的例外情况白炽灯是电阻负载中的最差例子，由于其电阻低，尤其在钨丝处于冷却的状态下，这使其在点亮时的超载电流可能是稳定状态下电流10到20倍。白炽灯的电流曲线图电流点亮点允许浪涌电压（20毫秒一个周期）稳定状态下的电流I＝2基于白炽灯的特性，正常电流只有在几个周期后才会达到。因此，需要对所选用固态继电器进行核对，看其过载能力是否可以满足要求。如果说IRMS是稳态的有效负载电流，点亮时的最大电流是：IMAX=20..IRMS如果使用同步开关型固态继电器，回路di/dt值受到限制，使白炽灯寿命大幅延长。为了避免固态继电器的损坏，在白炽灯线路中串接熔断器是个好办法，不仅可以在点亮时保护固态继电器，而且可以在回路突然短路时保护固态继电器。连接3相电源单相电路中的接线方式同样可以应用到3相供电中的任一相。3相供电的连线230伏～最大230伏常态(400伏不平衡状态)在没有中线的三相平衡电路（星形和三角形连接）应用中，可采用开关2相来代替开关3相。需要注意的是，当回路短路或相不平衡时会导致固态继电器两端的最大电压上升。另外，由于有一相一直连接到设备上，因此必须确认已经采取适当的措施来保护人员的安全。这种连线方法应用于电阻负载，同样适用于电感负载。感性负载交流电路中感性负载基本影响是使电流和电压间产生相位不同步，这种不同步采用0到90°的相位角或者采用间于1和0之间功率因素Pf来描述。功率因素通常用等式计算：Pf=R/Z=cosφ在此，R是回路电阻Z全阻抗φ相位角对于一个纯电阻电路Pf=1交流供电固态继电器中的感应电阻和电流相位图同步开关型固态继电器是为正常工作负载功率因素在1和0.5（相位角=60°）之间的应用而设计的。除了很少的一些例外情况，这个功率因素范围几乎包括了实际应用中所有感性负载。建议在cosφ=<0.7（阻性负载带低感性阻抗）时，尽量不要采用同步开关型固态继电器。注意避免感性负载饱和，因为阻抗可能会变得很低（残余欧姆值），导致过载或者损坏固态继电器。在感性负载中最常见的问题是在断开时的dv/dt值问题。这个瞬间，负载电压瞬时作用于固态继电器的两端。相位不同步会导致dv/dt斜率非常高，这将使继电器反向接通。在固态继电器输出端并联滤波器，可以减轻或消除这一问题。对于采用Triac输出的固态继电器，这一问题尤其严重，因为相对于采用用SCR输出的固态继电器，它们耐dv/dt值更差。感应负载0.7＜Pf＜1的同步开关电源电压控制信号负载电流和电压电压电流dv/dt＞＞时间t在负载功率因素间于为0.7＜Pf＜1时，推荐使用同步开关固态继电器(过零型固态继电器)。负载功率Pf＜0.7的例子当功率因素小于0.7时，即使在输入端有控制信号，同步开关型固态继电器可能不会接通。如果负载的感性程度太高，负载就会对在负载中产生的电流起到强烈抑制。如果在有效的开关区域不能产生最小维持电流，输出元件就不能导通，或者只导通半周期，这种现象经常发生在低负载电流的应用中。这个问题可以通过在固态继电器两端安装一个缓冲型滤波器或在负载上并联分流电阻，使固态继电器快速产生最小维持电流来解决。感应电阻Pf＜＜0.7的同步开关最小持续电流负载电流控制信号小于最小维持电流的电流→不能激活激活区域在这种应用中，选用异步开关型固态继电器（瞬时输出型固态继电器）会更好，因为异步开关型固态继电器自身可以在恰当的时间建立起最小维持电流，确保导通。另外，因为功率因素很高，要特别注意dv/dt参数。变压器开关的例子变压器是感性负载中一个特殊，极端的例子，因为它能利用剩磁达到饱和，变压器的磁导率特性可以用它的B/H曲线描述（磁感应强度/磁场强度）。H是磁场强度，其方向与变压器两端电压的方向相同，B是变压器的磁感应强度。在稳态交流电中，变压器的磁感应曲线为M曲线。如果变压器两端的电压在最后的正半周之前切断，变压器的剩余磁场将固定在BR点。变压器的磁循环图M曲线磁滞曲线磁感应强度饱和区S曲线H磁场强度变压器两端的电压如果在下一次通电时前半波是正的，变压器的磁导率曲线就会跟随S曲线前半波，导致高度饱，使得初级线圈的阻抗下降，产生很高的浪涌电流。这种饱和问题会在随后逐渐消除，直到恢复稳定的正常工作（如M曲线），如前所述。在饱和状态下，根据饱和程度，变压器回路阻抗可以等于在回路中变压器初级线圈电阻和外部其他电阻之和，这个回路阻抗通常很小。例子：电源电压:230VAC线圈电阻：1欧姆外部电阻（电线和连接）：0.5欧姆过载峰值电流：IS=230./1.5=216Amps在变压器线路中接一个低阻值电阻可以防止过载。这个被选电阻的前提是不能破坏变压器的正常工作。通过变压器的电流电流电流曲线稳定电流在这个例子中，最好选择一个固态继电器，其至少可以经受周期电流为200安培的电流。如果选好一个同步开关型固态继电器继电器，变压器会有50%的机率产生饱和状态，导致在前半波中产生过载。当变压器没有充电时，其只是一个纯电感。通过它的电流只是磁感应电流，它与电压正好正交。在这种情况下，在电压最高点，也就是在电流的零点开关限制磁感应电流过载。但是根据次级线圈负载不同，情况也不同。如果负载是容性负载，则建议采用电压零点开关。在大多数情况下，瞬时开关型固态继电器是比较好的选择，尽管它不适合于所有的情况，但适用于大多数变压器的应用。开关电机电机是拥有自己规律的感性负载，它与所带的机械负载有关。启动时，3相电机会产生6-8倍于稳态正常电流的冲击电流。对于一些单相电机，启动电流会高达10倍于正常电流IN。通过电机的电流可以以下面的公式计算：I=PUSABLE/(U.η.cosφ)――对于单相电机。或者：I=PUSABLE/(.U.η.cosφ)――对于三相电机。PUSABLE：有用功η：效率cosφ：功率因素U：电源电压I：每相中的电流PUSABLE，η和cosφ通常在电机的铭牌中有标识。除此之外，异步电机的功率因素是机械负载的函数，在空载运行的情况下可认为小于0.4或0.5。因此，推荐使用异步开关型继电器（瞬时开关型）来开关异步电机。启动状态在选择决定采用什么固态继电器时，要仔细考虑电机启动负载大小，以及固态继电器配套的散热器大小，特别是多次起停（反复循环）产生过载的情况下。启动曲线电机电流过载电流正常电流近似电流将电流近似成方型曲线，有效电流可定义为：t1启动时间t2正常运作时间t3暂停时间可以采用这个电流有效值并结合固态继电器散热曲线，确定散热器大小。通过启动电流值和工作电压值可以来确定选择什么固态继电器。单相电机正反转单相电机可以采用两个固态继电器来控制，特别注意不能同时或意外同时将两个固态继电器导通，使移相电容C短路。如果不能绝对保证避免两个固态继电器同时导通，就需加一个电阻来限制电容C的放电电流，电阻的阻值可以用下述方法来确定：ITSM：固态继电器最大过载电流，电阻的功率表示如下：P=I2RR和P的值可分到两个电阻上R1和R2R1=R2=R/2单相电机正反转控制转子电源（电源电压）L1和L2两端的电压正交，断开继电器两端的电压VSSR与电容C两端的电压相同，电压如下：VSSR=VSUPPLY如果L1和L2两端的电压不完全正交，当电机停止时，电压VSSR会更高。对于一个230伏的电机，要选用一个额定电压达到400伏的固态继电器。三相电机三相带中线负载需要在每相中接入固态继电器来控制，三相不带中线的负载可以只通过两个固态继电器控制两相来实现控制。三相不带中线负载接线在三相电机控制中，在电机没有完全停止转动前，切断电源，电机会稍微产生小于电源电压的感生电动势，并逐渐减少到零。如果机械负载在高高速运转的情况下快速停止，浪涌电压会很高，如下式：当电机的两相断开时，电机产生感生电动势，加上没有断开的那一相的电压，会在固态继电器的两端产生一个略小于两倍电源电压的电压。电容负载纯电容负载不常见，但在一些电子设备中，它们和其他负载一起存在（感性负载或阻性负载）。对于高容性值（低阻抗）负载，就要特别注意dl/dt参数。开关此类负载通常用同步开关型固态继电器（过零型固态继电器）。在230伏交流供电中，可由下述计算估计出dl/dt参数的最大值：在正弦波过零通道中dv/dt=100000伏/秒在一个C值的电容器中，电流I可由下式表示：I=C.dv/dt也就是：I(amp)=C(法拉).105我们推荐在高容性回路中串联休克电感。固态继电器的各种连接并联/串联固态继电器的输入端既可以并联也可以串联，而输出端只能采用串联形式，采用FET晶体管输出的直流固态继电器除外。当两个继电器的输出端串联时，最大输出电流受制于应两个固态继电器中电流小那个，最大可接受电压为两个固态继电器最大可接受电压之和。增加直流固态继电器的输出电流直流固态继电器的输出电流是有限的，尤其是采用某些晶体管输出的固态继电器。可以通过外接一个电源回路来降低这个弊端。串联输出-并联输入交流电源负载增加直流固态继电器输出负载直流固态继电器负载晶体管或达林顿管总结负载类型选用固态继电器电阻负载同步开关型固态继电器电机负载异步开关型固态继电器感应负载0.7≤Pf≤1同步开关型固态继电器感应负载Pf＜0.7和变压器异步开关型固态继电器电容负载同步开关型固态继电器固态继电器保护固态继电器瞬态保护相对于电磁继电器，固态继电器的最大弱点是对电磁干扰以及电压电流瞬时浪涌非常敏感。瞬时故障现象源于两种情形：由电磁辐射引起，主要对固态继电器的低压电路部分产生干扰，如输入回路的光耦合器。由负载电源引起，由于输入/输出之间电容耦合很脆弱，这些瞬态因素主要影响电源负载输出回路。然而，无论是何种瞬时故障现象，它通常由闪电，感性负载（电机等）的开关，配电设备的通断（短暂停电等）引起的。这些现象广泛存在于所有的工业供电中，在很多应用中，只要我们稍加注意，进行基本的防范，可以大大降低故障的发生率。对于这些现象，最基本的安全防范措施是，选用与应用情况相符的以及容量大小正确的固态继电器，使固态继电器能发挥其所有优点，同时还留有足够的安全余量。输入端的瞬态现象和保护固态继电器输入端遇到的主要问题是来自于电磁辐射或电磁干扰产生尖峰电压。如果尖峰电压超过最低开启电压（1-3伏），固态继电器的输出电路就会接通，直到输出回路电流经过下一个零点。如果没有足够的保护，太高的尖峰电压可能使光电耦合器遭到损坏。输入端保护方法保护固态继电器输入端，可以采用增加RC吸收电路或在输入端并联一个齐纳二极管来防止尖峰电压冲击。一般情况下，这些保护元件已经直接整合到固态继电器内部输入电路，虽然会产生几微秒的开关继电器动作延迟（这不会带来严重的后果，尤其在交流供电中），但可以降低电磁辐射或电磁干扰产生的尖峰脉冲对输入电路的影响。此外，同步开关型固态继电器本身对尖峰脉冲有保护性，只要这些尖峰脉冲不在固态继电器的有效开关窗口范围，同步继电器可以自然防止这些尖峰脉冲作用于输入端。输出端的瞬态电压现象输出端浪涌电压当浪涌电压袭来时，如果交流固态继电器的输出端电压超过了最大允许正向电压或翻转电压，可控硅SCR或Triac就会导通，直到电流在下一此过零点时才会关断。因为可控硅SCR或Triac的开关速度非常快，开关动作会被一个只有几微秒的短脉冲激活。高于反转电压导通电压SCR最大正向电压输出电流浪涌电压时间（电阻负载）增加正向电压dv/dt这一特性与固态继电器输出端元件物理结构有关，尤其和SCR或Triac可控硅中阳极和阴极之间的耦合电容有关。如果继电器两端的电压变化太快，会导致固态继电器非受控的导通。这种非受控导通现象后果的严重性取决于应用情况，在某些特舒的情况下，会间接导致固态继电器损坏：很高的能量脉冲。用于控制电机正反转的固态继电器，非受控导通会引起短路。RC保护(缓冲电路)在固态继电器输出端并联一个RC吸收电路，既可以降低杂波产生的dv/dt梯度，也可以降低杂波的幅度，直到杂波不再出现。吸收电路保护固态继电器触发电路RC过滤器RC吸收电路两端电压的任何变化，都会在电容C中产生电流，导致负载上电压有如下压降：这个压降会起到保护保护固态继电器输出可控硅SCR的作用。这类吸收滤波方式的最大缺点是显著增加固态继电器的漏电流。一般情况下，采用一个RC吸收电路会增加两倍的漏电电流。所有固态继电器通常有缓冲滤波器，可以提高固态继电器的性能。然而，有些固态继电器采用特殊可控硅SCRs，可以承受很高dv/dt的值，这类继电器称为无吸收电路固态继电器。吸收电路R,C典型值如下：电阻：33Ω＜R＜100Ω电容：0.1μF＜C＜0.47μF瞬变电压抑制二极管保护只单独使用缓冲过滤器通常是不足以对固态继电器起到有效的保护，特别是对于那些高能量的杂波。采用瞬变电压抑制二极管可以大大提高保护的可靠性。瞬变电压抑制二极管适用于保护对中低能量级高速杂波敏感的电子设备，瞬变电压抑制二极管的设计功能能很好的符合这类设备的保护要求，例如，对只持续1毫秒，甚至低于1毫秒的过载保护。瞬变电压抑制二极管也可以提供良好的静电放电防护（ESD）。如何选择瞬变电压抑制二极管基于瞬变电压抑制二极管通过电流的能力，以及两个电压VBR和VRM的值。VBR=反向雪崩电压，在这值以上，电压稍微增加，瞬变电压抑制二极管中的电流就会迅速增大。VRM=待机电压。这个电压是指瞬变电压抑制二极管在恒载情况可以承受的电压。对于更高电压的应用，可将多个瞬变电压抑制二极管串联起来。然而，在线路中要采用同样的瞬变电压抑制二极管来均匀分散能量。注意：瞬变电压抑制二极管通常是不可以并联使用。注意：对于交变电流，使用双向型的或两个瞬变电压抑制二极管首尾连接使用。压敏电阻保护保护固态继电器免受高能量杂波影响，也可以使用压敏电阻保护。压敏电阻保护的缺点是由于高能量杂波的冲击，随着时间的推移，压敏电阻就会失效。因此出现故障后，必须重新替换新的压敏电阻。压敏电阻的特性是当它两端的电压小于其名义电压时，压敏电阻的阻值很大（数兆欧姆）。然而，当它两端的电压一旦超过其名义电压时，它的阻抗很快就降到1欧姆以下。压敏电阻反应时间大约为20到50纳秒。压敏电阻基本参数如下：压敏电阻必须能够持久承受的电压（通常：V压敏电阻=V电源×1.15）。能被抑制的峰值电压。由瞬时现象源（具体应用具体分析）所释放出来的能量大小（能量用焦耳描述）。尽管前两个参数（正确选择压敏电阻需要一些基本参数）可以很简单地确定，然而我们对瞬时现象源的阻抗和杂波能量大小却知之甚少。同样包括对电源的供电质量缺乏明确的估计，因为压敏电阻的寿命受杂波脉冲数量和每次脉冲达到的能量影响很大。在工业领域，中等功率的压敏电阻可以吸收50至130焦耳的脉冲能量。压敏电阻连接为了起到良好的保护作用，压敏电阻通常与被保护的部件并联。然而，在电机正反转控制中，压敏电阻应如下述安装以对双向都起到充分保护。MOV在单相固态继电器上的连接电源电压压敏电阻压敏电阻在电机正反转控制上的连接直流固态继电器保护将一个二极管与电感负载，并且在固态继电器输出端并联一个齐纳二极管，是最有效消除由于感性负载断开时，在DC回路上产生的高浪涌电压的一种方式。感性负载断开时产生的高浪涌电压能量为LI2，因此必须增加一个保护二极管，将此能量释放掉，以保护固态继电器。瞬时电流保护跟电压特性一样，对固态继电器的电流特性，也要留有充分的安全余量。在某些负载中（如感应负载，电机等），瞬时电流现象是负载本身固有的特性。另外由于某些意外的情况，也可能导致回路中产生瞬时或持续的电流过载。一些常用电气负载的特性是众所周知的，可以根据这些特性来选择固态继电器。电机的启动电流是其正常电流的10倍。类似的，感应负载在饱和阶段的阻抗等于欧姆阻抗，这个阻抗非常低。如果在选择固态继电器的时候就考虑到这些因素，所选择的固态继电器就可以承受这样的过载。此外，同样的电机在电机机械堵转的情况下，会产生持续的过载电流，这最终会导致可控硅SCR的输出端过热烧坏，造成回路会短路，如果没有采取保护措施，电机会由于短路而损坏。用快速熔断器限流选用大大电流固态继电器，仅仅只能满足固态继电器能够承受大电流过载，而不能对整个系统进行保护。因此建议在回路中加入熔断器来对整个回路进行保护，但是熔断器必须选用快速熔断器。熔断器相当于一个很小的电阻，它能在给定的时间里吸收一定的能量，一旦能量过大，熔断器就熔断了。电流I在电阻R中产生的功率：P=RI2在t时间内产生的能量：E=RI2t对于熔断器而言，R是常数，因而通过熔断器的能量可简单地用系数I2t描述。对于固态继电器来说，系数I2t一般是通过在半个周波（10ms）内通过的最大峰值电流计算出来的：保护固态继电器的熔断器，熔断器选取的I2t系数应比继电器的I2t系数低。在有些应用中，由熔断器厂商指定的I2t值应根据实际工作电压加以修正，实际工作电压可能同于厂商的参考电压值。在选用合适的熔断器时，要考虑到以下几点：熔断器的工作电压至少要等于供电电压，熔断器的额定电流应大于稳定状态下的负载电流，电路中的最大电流，熔断器的最大允许峰值电流。固态继电器常见故障与分析固态继电器常见故障有以下两种：导通故障和关断故障这些故障可能只是在特定的条件下偶尔发生，不会重复出现，这些故障很难去处理的；但是我们注意下面一些小的细节就可以轻松避免，甚至完全消除这些偶然故障：输出和输入分开接线，以避免相互干扰。将接线端子正确拧紧。在固态继电器上加装合适的滤波器，从而尽可能避免和消除瞬态现象。在供电回路中加装合适的滤波器（电源滤波器），限制供电带来的干扰。确保控制柜通风正确，顺畅。安装适当的散热器（和导热元件）。导通故障如果在控制端输入控制脉冲后，输出电路没有被激活导通，首先要检查输出电路的接线。1-如果没有控制脉冲作用于控制输入端，输出电压应等于负载电压。如果输出电压为零，检查负载电路是否是开路状态；此外，检查电路是否正常上电（当心负载电源开关可能还没有闭合）。如果输出电压等于电源电压，检查负载是否短路，在打开状态时，短路可能损坏固态继电器的输出2-如果有控制脉冲作用于控制输入端，输出电压大约为1.5伏，取决于固态继电器。如果不是这样，检查输入端。检查控制信号的接线和极性（直流控制固态继电器）。测量控制信号在0和1状态下控制电压和相应的电流。如果电流为零，无论电压怎么改变，则输入电流有故障。如果控制电压超出输入电压范围，检查电源和外部电路。如控制信号位于输入信号范围内，故障仍然存在，就有需要更换固态继电器。关断故障此故障可以采用拆除控制信号线来确定：1-如果固态继电器断开，首先检查控制输入端的阈值电压是否太低，阀值电压太低表明固态继电器有故障。如果阈值电压正确，就要检查外部控制电路。2-如果断开控制连线后，固态继电器没有断开，检查电源电压是否超过最大输出电压。检查抑制瞬态现象的保护设备是否正常工作。负载电流务必不能超过固态继电器最大电流值，因为电流过大会引起固态继电器过度发热。检查固态继电器载荷和输出端，有可能固态继电器已经短路了，如果短路了，就需要更换继电器。固态继电器替换固态继电器替换介绍我们在日常生产和设备维护中，经常会遇到固态继电器交货来不及，而设备要等着出厂；现场设备停工，而损坏的固态继电器又没法及时供货，甚至找不到供应商和厂家的情况。在这种情况下，为及时解决设备出货，及时维修好设备保证工厂生产恢复正常，就有必要考虑采用合适的固态继电器替换原来的固态继电器。中国固态继电器网为您提供专业的固态继电器替换选型，并且承诺损一赔二。固态继电器替换注意事项固态继电器安装安装问题是固态继电器替换中难度最大的问题。对于PCB安装的固态继电器来说，首先要考虑