固態(tài)繼電器是一種電子開(kāi)關(guān)設(shè)備,當(dāng)在其控制端子上施加外部電壓(AC或DC)時(shí),其導(dǎo)通或關(guān)斷。SSR包括響應(yīng)適當(dāng)輸入(控制信號(hào))的傳感器,將功率切換到負(fù)載電路的固態(tài)電子開(kāi)關(guān)設(shè)備,以及使控制信號(hào)無(wú)需機(jī)械部件即可激活該開(kāi)關(guān)的耦合機(jī)制。繼電器可以設(shè)計(jì)為切換交流或直流負(fù)載。它具有與機(jī)電繼電器相同的功能,但是沒(méi)有活動(dòng)部件,因此可以延長(zhǎng)使用壽命。
封裝的固態(tài)繼電器使用功率半導(dǎo)體器件(例如晶閘管和晶體管)將電流切換到大約100安培。與機(jī)電繼電器相比,固態(tài)繼電器具有更快的開(kāi)關(guān)速度,并且沒(méi)有物理觸點(diǎn)會(huì)磨損。固態(tài)繼電器的用戶(hù)必須考慮SSR無(wú)法像機(jī)電繼電器那樣承受較大的瞬時(shí)過(guò)載,以及它們較高的“導(dǎo)通”電阻。
控制信號(hào)必須以在兩個(gè)電路之間提供電流隔離的方式耦合到受控電路。
許多SSR使用光耦合。控制電壓使內(nèi)部LED通電,該內(nèi)部LED點(diǎn)亮并打開(kāi)光敏二極管(光伏);二極管電流導(dǎo)通背靠背晶閘管(TRIAC),SCR或MOSFET來(lái)切換負(fù)載。光學(xué)耦合允許控制電路與負(fù)載電氣隔離。有關(guān)此隔離技術(shù)的更多信息,請(qǐng)參見(jiàn)光隔離器。
基于單個(gè)MOSFET或并聯(lián)陣列中的多個(gè)MOSFET的SSR可以很好地應(yīng)對(duì)直流負(fù)載。MOSFET具有一個(gè)固有的襯底二極管,該二極管沿反方向?qū)щ姡虼藛蝹€(gè)MOSFET不能阻擋兩個(gè)方向的電流。對(duì)于AC(雙向)操作,兩個(gè)MOSFET背對(duì)背排列,其源極引腳連接在一起。它們的漏極引腳連接到輸出的任一側(cè)。當(dāng)繼電器關(guān)閉時(shí),襯底二極管交替反向偏置以阻止電流。當(dāng)繼電器接通時(shí),公共源極始終處于瞬時(shí)信號(hào)電平上,并且兩個(gè)柵極均被光電二極管相對(duì)于源極偏置為正。
通常,提供對(duì)公共電源的訪問(wèn),以便在切換直流負(fù)載時(shí)可以并聯(lián)連接多個(gè)MOSFET。通常,當(dāng)移除控制輸入時(shí),會(huì)提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)加速M(fèi)OSFET的關(guān)斷。
在交流電路中,SCR或TRIAC繼電器固有地在零負(fù)載電流時(shí)斷開(kāi)。該電路永遠(yuǎn)不會(huì)在正弦波峰值的中間中斷,從而防止了大的瞬態(tài)電壓,否則該瞬態(tài)電壓會(huì)由于電感周?chē)艌?chǎng)的突然崩潰而發(fā)生。通過(guò)添加零點(diǎn)檢測(cè)器(沒(méi)有不利的電路電感和產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)),可以在新的波形開(kāi)始時(shí)重新打開(kāi)各個(gè)SCR。此功能稱(chēng)為零交叉切換。
與機(jī)電設(shè)備相比,固態(tài)繼電器和機(jī)電繼電器的大多數(shù)相對(duì)優(yōu)勢(shì)是所有固態(tài)產(chǎn)品所共有的。
與類(lèi)似規(guī)格的機(jī)械繼電器相比,其內(nèi)在的外形更小,更纖細(xì),從而可以使包裝更加緊湊。(如果需要,可以具有相同的“外殼”形狀因數(shù)以實(shí)現(xiàn)互換性。)