固态继电器原理及应用技术探讨

刘赟

刘赟（贵州大学明德学院，贵州贵阳550004）

摘要：固态继电器(Solid-stateRelay)缩写为SSR，它是由固态元件组成的无触点开关器件，因功能与电磁继电器EMR相似而得名。本文介绍了固态继电器的工作原理、典型应用实例以及正在迅速扩大的应用范围和技术发展趋势。

关键词：固态继电器；原理；应用技术

中图分类号：TM58文献标识码：A文章编号：1673-0992（2010）02-036-01

固态继电器SSR(solidstaterelays)是一种全部由电子元器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，为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。器件中采用了高耐压的专业光电耦合器实现输入与输出之间的电气隔离。当施加输入信号后，其主回路呈导通状态，无信号时呈阻断状态。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用电磁继电器一样的功能。其封装形式也与传统电磁继电器基本相同。

1固态继电器的工作原理

固态继电器是一种四端器件，两个输入端，两个输出端。输入端接控制信号，输出端与负载、电源串联，SSR实际是一个受控的电力电子开关，其等效电路如图。

图1固态继电器的等效电路

固态继电器与通常的电磁继电器不同：无触点、输入电路与输出电路之间光(电)隔离、由分立元件、半导体微电子电路芯片和电力电子器件组装而成，以阻燃型环氧树脂为原料，将其封闭在外壳中，使与外界隔离，具有良好的耐压、防腐、防潮抗震动性能。

1.1固态继电器的组成

固态继电器主要由输入(控制)电路，驱动电路和输出(负载)电路三部分组成。

1.1.1固态继电器的输入电路按输入电压的不同类别可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTLCMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。

1.1.2固态继电器的驱动电路可以包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离耦合电路，目前多采用光电耦合器和高频变压器两种电路形式。

1.1.3固态继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固态继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。

1.2固态继电器的工作原理

该电路由信号输入电路、零电压检测控制电路、工作指示电路、双向晶闸管控制电路和吸收电路几部分组成。采用了光电藕合器GD作为输入电路和输出电路之问的隔离元件，VD是防止Vin正负接反烧坏GD。电路土作过程：当无输入信号时，GD中的光敏三极管截止，VT1是交流电压零点检测器，通过R3获得基极电流而饱和导通，将VTH的门极籍在低电位而处于关断状态。当有输入信号时，光敏三极管导通，此时VTH的状态由VT1决定，如此电源电压大于零电压时，分压器R3、R2的分压点P电压大于VBE1，VT1饱和导通，SCR门极因箱位在低电位而截止，TR的门极因没有触发脉冲而处于关断状态。只有当电源电压小于零电压，P点电压小于VBE1时G1截止，SCR的门极通过R4获得触发信号而导通。在TR的门极获得从R6→BR→SCR→BR→R5以及R5→BR→SCR→BR→R6正负两个方向的触发脉冲，TR就导通，从而接通负载电源。

当输入信号关断后GD中的光敏三极管截止，G1饱和导通使SCR门极箱位在低电位而关断，但是此时TR仍保持导通状态，负载上仍有电流流过，直到负载电流随VAC减小到小于双向晶闸管TR的维持电流后才会自行关断，切断负载电源。

2固态继电器SSR典型应用实例

Ri为输入限流电阻，RL为负载电阻，F为反相器，Vcc为输入端电源电压。SSR的驱动电流很小，最小工作电压很低(3V左右)，因此可直接用TTL、HTL电路驱动。

2.1单相诱导电机正反转控制电路

利用转换开关分别控制三极管BG1、BG2的导通与截止，使电机完成正转、反转。在此电路中，由于正反转控制时电容C产生放电电流，须在电机与SSR间串联限流电抗器R4。另外，SSR输出两端会产生电源电压的倍电压，因此在选用SSR时要注意SSR的允许电压。同时，在进行正反转控制时注意不要使正转用SSR与反转用SSR同时导通。

2.2计算机控制三相交流正反转接口及驱动电路

采用了4个与非门，用两个信号通道分别控制电动机的起动、停止和正转、反转。当改变电动机转动方向时，给出指令信号的顺序应是“停止—反转—起动”或“停止—正转—起动”。延时电路的最小延时不小于1.5个交流电源周期。其中RD1、RD2、RD3为熔断器。当电机允许时，可以在R1～R4位置接入限流电阻，以防止当两相线间任意两只继电器均误接通时，限制产生的半周线间短路电流不超过继电器所能承受的浪涌电流，从而避免烧毁继电器等事故，确保安全性；但在正常工作时电阻上将产生压降和功耗。该电路建议采用额定电压为660V或更高一点的SSR产品。

2.3电网无功补偿控制

电网负载大多呈感性，采用并联电容器组来进行无功补偿是一种常用的措施，并得到广泛的应用，如何将电容器组进行准确、合理的切换，方案不一。一方面过零触发可满足无冲击电流切换的要求；另一方面，单片机可完成实时检测，跟踪负荷无功功率的变化，并自动控制补偿电容的切换，可实现较准确、快速的动态无功补偿，改善电网质量。

3结束语

继电器是必不可少的控制元件，在许多装备系统中都是重要的关键件，同时又是较难保证可靠性的元件，所以，国内外一直在采用飞速发展的现代科学技术，来研究探索更高、更新、更可靠的继电器技术。

参考文献

[1]孙成宝.供用电工入技师培训教材—继电保护[M].中国电力出版社，2005，11

[2]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术[M].机械工业出版社，2006，1

[3]李超，李波.一种实用型直流电机控制的设计[J].现代电子技术，2008