技术 | 工业固态继电器SSR及其应用

来源: Littelfuse 2025-09-01 16:55:23

固态继电器前期讲过板载式,主要用于安防、智能电表、工控以及BMS高压绝缘检测等,内部构造为光耦配上MOSFET为主,作为信号控制与检测,电流小、电压范围宽的优点。

  
本期介绍的产品主要用于工业领域的固态继电器,具有交直流信号mA级驱动,以及交流A级输出能力,可以作为电机控制与加热应用。

固态继电器的结构与等效电路

如下为比较简单的结构示意图,输入端给交流或者直流驱动信号,输出端口即开通,可以驱动负载工作,驱动信号的频率可以调节负载功率。


内部等效电路图如下,第一张图可以看出直流信号直接驱动光耦,从而控制可控硅开通,由于负载是交流,如果驱动信号消失,可控硅在负载电压过零时关断,等待下一个驱动信号重新开启,如果直流驱动信号一直在的话,那可控硅可以一直导通带载,因此驱动信号的改变可以直接调整输出功率与频率。

  
第二张图为交流驱动信号,通过整流桥转化为直流信号,驱动光耦动作,从而起到控制负载可控硅的作用,工作原理与直流信号类似。

从结构图与等效电路图可以看出,固态继电器为4端口电路,纯电力电子器件构成,没有开关触点。而传统的电磁式继电器是由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成,当电路输入信号时,线圈在电芯中产生磁场,吸引衔铁动作,从而使得常闭触点断开或者常开触点闭合,因此电磁式继电器为磁感应原理的机械结构件。

固态继电器与电磁式继电器对比

控制功率:电磁式继电器功率扩充比较简单,加大导线以及触头接触面积即可,而固态继电器需要加大功率器件面积以及散热要求高一些,电磁式继电器适用于电压电流会更宽一些。

  
稳定性:固态继电器纯电力电子器件,而电磁式继电器处于机械结构件,在潮湿环境下线圈容易氧化,频繁动作触点也会有一定程度磨损,固态继电器更适用于矿山、燃气、坑道等恶劣环境条件下。

  
安全性:电磁式继电器不适用于易燃易爆等危险环境,因为动作时会产生火花,而固态继电器没有该问题。

  
成本:电磁式继电器成本相对较低,固态继电器成本高一些,尤其是随着电流的增加芯片面积增加,成本显著提高。

  
噪声:电磁式继电器由于有触头动作会产生噪声,而固态继电器电子元件没有该问题,同时可以减少dv/dt干扰以及规避触头闭合时的抖动问题。

  
开关速度:电磁式继电器响应时间为毫秒级,而固态继电器响应时间为微秒级,可以满足高频动作需求。

  
开关电压:电磁式继电器通过调整触头的间隙可以调整动作电压,而固态继电器电压取决于可控硅的耐压,相对而言会更受限。

  
负载电流:负载电流与控制功率是一样的,电磁式继电器容易扩容,而固态继电器受芯片限制,增加成本的同时也会需要更好的散热条件,耐受电流冲击能力也会弱一些。

  
关断漏电流:电磁式继电器关断后没有漏电流,而固态继电器为可控硅本体的漏电流,会一直存在。

固态继电器的应用

固态继电器的应用固态继电器非常适用于工业应用,尤其对于可靠性要求高,开关动作频繁的应用,相比于可控硅来说,固态继电器集成了可控硅、驱动电路、检测回路以及浪涌吸收回路,可以说可控硅是单一的开关元件,而固态继·电器是一个成品。

固态继电器相对而言比较简单,作为一个交流控制电路,主要功能为电机控制以及加热调控,涵盖有食物、饮料、建筑、工业自动化、交通与储能等,具体应用为温箱、塑料包装、工业打印机、暖通空调、烤箱、咖啡机等。

Littelfuse固态继电器产品

Littelfuse SRP1系列具有更高可靠性与超过70万次的寿命,提供直流4-32Vdc驱动与交流90-280Vac驱动两个可选方案,电流覆盖范围10-50A,输出电压有24-240Vac以及40-600Vac,开关类型有过零与瞬态可选。

后续也会有更多的产品出来,电流往上走的时候就变为固态接触器,优点也是一样的,无触点无开关火花,特别适用于高可靠性要求以及动作频繁的应用领域。鉴于电流的增加对于半导体功率器件的要求也是成倍增加,因此固态接触器在辅助接触器或者预充软起应用会有更快的突破口,半导体的开关会产生电压尖峰,Littelfuse可以同步提供MOV/TVS等作为浪涌保护。

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