如何选择和正确的使用固态继电器

1、固态继电器的合理选择

选择固态继电器时，应对照应用条件，分析研究手册、详细规范和产品技术性能及参数，同时应该注意到固态继电器性能参数和负载能力受环境温度和自身温度的影响较大，其输入有极性要求，感性和容性负载时输出电路容易受尖封电压和浪涌电流的损害，导通时通态压降产生的功率损耗和散热等。重点处理好这些问题，有助于实现固态继电器的科学利用，使其更具可靠性。

（1）：负载类型、输出电流和浪涌电流：使用中流过固态继电器输出端的稳态电流不得超过产品详细规范的相应环境温度下的额定输出电流，可能出现的浪涌电流不得超过继电器的过负载能力，一般都留有一定的余量。双向可控硅输出大多用于阻性负载，单向可控硅反并联输出大多用于感性和容性负载。大多数负载都可使用“零控”型，但需要调压（如调光）和少数感性负载（如变压器）必须使用“随机控”型

几乎没有完全无浪涌的固态继电器负载，即使电热元件，尽管它们是纯阻性的，由于具有正的温度系数，低温时电阻较小，因而通常表现为较大的起动电流。如电热炉接通电流常为稳态电流的1.3-1.4倍，白炽灯接通电流常为稳态电流10倍。卤钨灯的浪、涌电流可以高达稳态值的25倍。有些金属卤化物灯的开启过程需10分钟，在这一过程中，灯及其镇流器可能表现为容性和感性。可能伴随有高达稳定值100倍的电流脉冲。

容性负载具有潜在危险性。因为通电时其最初表现为短路，在充电时会出现很高的浪涌电流，该电流靠电源内阻、电路电阻和电路电感来限制。如投切电力电容器不但要考虑浪涌电流，还要考虑“过补”时的过电压。建议选用本公司生产的电容器投切专用固态继电器或SGDF系列复合固态继电器。

感性负载会产生大的浪涌电流，关断时又可能产生2倍于电源电压的过电压。如交流电磁铁、接触器在非激励状态输入阻抗低、通电时会出现3-4倍于稳态电流的浪涌电流。有饱和剩磁的变压器，若接通时继续向剩磁方向激磁，由于严重的磁饱和，在开始的半周会出现几乎仅由绕阻电阻决定的浪涌电流，它甚至可达稳态电的30倍。交流感应电动机起动时的浪涌电流最大值是稳态额定电流的5-7倍，而且其起动时的浪涌电流，从初始的堵转电流逐渐过渡到稳态电流，过渡的持续时间与电机及负载的惯性关系很大，可以从十几个电源周波到几十秒。所以建议用户选用固态继电器时，应先认真分析研究或测试负载的浪涌特性、然后再选择固态继电器。固态继电器必须在保证稳态工作的前提下，能够承受这个浪涌电流。

下面给出考虑负载浪涌电流和固态继电器过负载能力后，常温下各种负载的稳压电流对固态继电器额定输出电流的降额系数的推荐值。当固态继电器处于频繁操作和要求长寿命、高可靠的应用场合，还应将下表的降额系数再乘以0.6，并且用耐热疲劳性能好的加强型固态继电器。

直流固态继电器只适用于控制直流电源和负载，交流固态继电器只适用于控制交流电源和负载。负载电源的电压不能超过继电器的额定输出电压，也不能低于规定的最小输出电压。使用中，可能加至固态继电器输出端的最大电压峰值，一定要低于固态继电器的瞬态电压值。切换交流电感负载、单相电机和三相电机负载，或这些负载电路上电时，固态继电器输出端都可能会出现两倍于电源电压峰值的电压。对此类负载，最好选用额定输出电压单相为280Vac、三相为530VaC的交流固态继电器。峰值阻断电压分别可达800V和1400V。对感性和容性负载，当交流固态继电器在零电流关断时，电源电压不为零，并且以较大的dv/dt值加至固态继电器输出端。因此应选用dv/dt高的继电器。尤其用于正反转控制的固态继电器，应选用本公司SGR系列产品。

（3）输入特性

直流阻性输入固态继电器的输入电压一般为4-16Vdc。这种固态继电器在输入电路中串联一电阻，电流随电压的增加而增加，简单耐用。在应用时，如果控制电压或电流不合适，可通过控制回路串接电阻的方法来解决，推荐采用。另外是输入电压范围较宽的恒流输入固态继电器，范围在3-32Vdc。它在输入端串联有恒流源电路，在电压加大到一定值时电流基本不变。交流输入多数使用在无直流电源的场合，注意其开通时有最大40mS的延时。

（4）其它特性

这方面包括分析考虑固态继电器的输出电压降、输出漏电流、绝缘耐压等电气特性，热阻、工作于储存温度、耐潮湿、气密性等气候环境特性，耐振动、冲击等机械环境特性，重量、尺寸、接线端方式等物理特性是否符合使用要求。

采用输出漏电流来表征固态继电器处于关断状态时同一输出端之间的绝缘状态。不允许用测试电压高于输出电压的仪表测量它们之间的绝缘电阻和介质耐压，也不允许在未规定的方向上测试漏电流。对于特殊的使用，比如感性、容性负载和频繁操作，建议选型时与生产厂应用工程师联系，以取得他们的支持。

2、固态继电器的保护

（1）过电流的保护

固态继电器是以半导体开关器件作为功率输出部件的，对温度的变化较为敏感，过电流会使半导体芯片过热而造成品质下降，寿命降低甚至永久性损坏。虽然固态继电器在瞬间可以承受额定电流10倍以上的浪涌电流，但超过此值很容易造成永久性损坏。因而，过电流的保护是很重要的，过电流的保护方法很多，关键在于反映速度要快。对以可控硅为输出器件的交流固态继电器，由于可控硅需电流过零关断的特性则对于在10Ms（50Hz）以内超过SSR浪涌电流承受值的浪涌电流和短路电流，一般的保护电路是无效的，应考虑采用半导体器件专用的快速熔断器。熔断器的标称熔断电流不应超过SSR的标称电流值。市售的快速熔断器种类较多，但质量差异较大，请选择时加以注意。

（2）过电压的保护

当负载为感性或容性时，很可能产生大于固态继电器所能承受的瞬态电压（阻断电压）和电压上升率（dv/dt）。若保护措施不当或响应不灵敏，不仅会造成固态继电器失控，严重时还可能烧毁固态继电器或设备。因此，过电压的保护是必须的。普遍的应用是外加瞬态抑制（RC吸收）电路和电压钳位电路（双向稳压二极管、压敏电阻）。本公司在设计产品时，多数产品内部已加上RC吸收回路或压敏电阻，能起到一定保护作用，建议用户在使用时根据负载的有关参数和环境条件，认真计算和实验RC回路的选值。若满足不了，应再并联一个RC回路和压敏保护电路。在一般情况下，RC吸收回路可以有效地抑制加至固态继电器的瞬态电压和电压指数上升率（dv/dt），压敏电阻保护电路可以吸收宽脉冲的过电压。RC吸收回路的RC值选择要经过计算和验证。经验的选择（仅供参考）是电阻在27-150欧姆、功率为2-5瓦之间，电容容量在0.01-1uf、耐压在250-500VAC之间，（例：R=51欧/2W，C=0.2uF/500VAC）精确值应在实验后确定。注意不要发生振荡。压敏电阻的选择同样要经过认真的计算和验证。一般情况下（仅供参考），在220VAC电路里使用标称470-680V、ø12-16的，在380VAC电路里使用标称780-1000V、ø12-16的。

（3）过热保护

如固态继电器过热，轻则失控，重则造成永久性损坏，建议加装过热保护措施，通常的做法是保证固态继电器的底板处温度不超过75-80℃。一般的温度保护电路就可以达到目的，比较经济实惠的是在散热器上靠近SSR底板处安装温控开关，温升达到限定温度时切断SSR输入信号。

固态继电器工作时，在其内部芯片上存在一定的功率损耗，这个损耗功率主要由固态继电器输出电压降与负载电流乘积决定，以发热的形式消耗掉。因此散热的好坏直接影响到固态继电器工作的可靠性，优良的热学设计可避免由于散热不良造成的失败和损坏。

一般而言，负载电流小于5A的固态继电器，利用空气对流散热即可。要求安装在有良好对流环境、两个固态继电器间距离大于一个固态继电器的宽度。电流大于10A的固态继电器应加装散热器，对于负载电流大于40A的固态继电器，根据设计体积大小，必要时要使用风冷或水冷。

3、固态继电器的应用热设计和散热器的选择

固态继电器在工作中内部存在着一定的功率耗散，这个耗散值主要由输出电压降与负载电流乘积决定，以发热的形式体现。散热的好坏直接影响到固态继电器的最大负载电流和允许的最高工作环境温度值，是影响固态继电器可靠工作的重要因素之一。所以，我们应重视固态继电器的应用热设计和散热器的选择，使固态继电器稳定可靠的工作，避免由于散热不良而造成的固态继电器的失效和损坏。

一般而言，输出电流小于5A的固态继电器，利用空气自然对流，足以达到冷却散热的目的，但安装时要有一个良好的对流环境，固态继电器之间的距离不得小于一个固态继电器的宽度。

负载电流大于10A的固态继电器使用合适的散热器是必不可少的，必要时还要进行风冷（风冷风速6米/秒）或水冷。良好的散热条件对于固态继电器的可靠工作是十分重要的。产品手册中一般都会给用户提供工作电流、通态压降和热阻等参数，有的还会给出工作电流/耗散功率与环境温度/基板温度曲线，供使用时参考。利用这些参数就可以计算出所需散热器的热阻，再根据散热器厂家产品手册上的热阻参数选择散热器。
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