高低压系统隔离为何使用固态继电器？

电子发烧友网报道（文/李宁远）从低压信号安全地控制高压系统（如隔离电阻监测中的情况）的能力是开发许多电气系统所必需的。尽管机电式继电器和接触器技术多年来有所改进，但对于设计人员来说，要实现电气系统寿命可靠性和快速开关速度以及低噪声、冲击振动和功耗目标，机电式继电器和接触器技术仍然具有很多困难。

机电式继电器和接触器技术

继电器本身作为一种电控制器件，是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器这种自动开关元件，本身就带着隔离功能，所以应用于遥控、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。

机电式继电器是电子工程里很常见的继电器类型，机电继电器（MCR）是一种传统的机械式继电器，它是根据电流变化而开关状态的变化。当电流通过线圈时，可以产生磁场，磁场会吸引极性相反的触点，这样触点就会接通或断开电路。

机电继电器技术虽然多年来一直有所改进，但是其应用还是相对受限的。机电继电器对环境温度比较敏感，当环境温度过高或者过低，都可能影响其性能表现。在不断的机械切换过程中，其接触点磨损较快，而且容易产生电弧和噪音。

所以一般现在只在对响应速度要求不高，不太关注噪声干扰的应用里才有机电式继电器的应用。

接触器则不仅能接通和切断电路，还具有低电压释放保护作用。与机电式继电器不同的是接触器控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制，同样是自动控制系统中的重要元件之一。接触器的保护作用还是很明显的，尤其是高压系统中。

大功率电气设备在打开和关闭状态之间切换产生的电弧，破坏性极强，而很多直流回路中没有电压和电流过零来帮助消除这些可能会产生的电弧，就只能通过高压接触器的电弧吹灭强制将电流消零。

灭弧是接触器很特色的功能，不过就其隔离高低压的性能来说，仍然显得有些单一了。

固态继电器解决设计难题

固态继电器SSR，是由微电子电路、分立电子器件、电力电子功率器件组成的无触点开关器件，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的。无触点的结构让固态继电器较之电磁继电器可靠性更高、响应速度更快、也不易受到干扰。

电容式和电感式隔离的固态继电器采用聚酰亚胺或二氧化硅绝缘，介电强度可以达到300-500VRMS/um，在可靠性上是很突出的。同时，其响应速度大幅领先机电式继电器，能到us级别，机电式继电器和光继电器都无法达到这么快的响应速度。

除此之外，能减少尺寸也是现在的电路设计很看重的。固态继电器可以将电源和信号传输集成在单一芯片中，尽可能减少其他元器件的使用，显著减小了解决方案尺寸，同时将BOM成本降低。

不过固态继电器的电子元器件的温度特性和电子线路的抗干扰能力较差，耐辐射能力也较差，需要严格研制EMI，不然工作可靠性会降低。

小结

固态继电器的使用能为汽车电气系统、工业电气系统以及储能电气系统等高压系统带来可靠性的提升，还特别注重小体积、轻重量并结合高性能开关能力，尽可能将内部的耗散功率降低。