固态继电器(Solid State Relays，缩写为SSR)是一种由分立元器件、膜固定电阻和芯片构成的无触点电子开关，内部无任何可动的机械部件。变频空调器采用的固态继电器实物图如图1所示。
固态继电器的特点: 一是输入控制电压低(1.5~14V)，驱动电流小(3~15mA)，输入控制电压与TTL、DTL、HTL电平兼容，直流或脉冲电压均能作为输入控制电压;二是输出与输入之间采用光电隔离，可实现以弱控强的同时，做到强电与弱电完全隔离，两部分之间的安全绝缘电压大于2kV，符合国际电气标准;三是输出无触点，无噪声，无火花，开关速度快:四是输出部分内部一般含有RC过压吸收电路，以防止瞬间过压而损坏固态继电器;五是过零触发型固态继电器对外界的干扰非常小;六是采用环氧树脂全灌封装，具有防尘、耐湿、寿命长等优点。因此，固态继电器已广泛应用在各个领域，不仅可以用于加热管、红外灯管、照明灯、电机、电磁阀等负载的供电控制，而且还应用到电磁继电器无法应用的单片机控制等领域，最终将逐步替代电磁继电器。
2.固态继电器的构成
固态继电器主要由输入(控制)电路、驱动电路、输出(负载控制)电路、外壳和引脚构成。
(1)输入电路
输入电路是为输入控制信号提供的回路，使之成为固态继电器的触发信号源。固态继电器的输入电路多为直流输入，个别为交流输入。直流输入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正向变化，恒流输入电路在输入电压达到预置值后，输入控制电流不再随电压的升高而明显增大，输入电压范围较宽。
(2)驱动电路
驱动电路包括隔离耦合电路、功能电路和触发电路3部分。隔离耦合电路目前多采用光电耦合和变压器耦合两种电路形式。常用的光电耦合器有发光管一光敏管、发光管一光控晶闸管、发光管一光敏二极管阵列等。高频变压器耦合是在-一定的输入电压下，形成约10MHz的自激振荡脉冲，通过变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路包括检波整流、零点检测、放大、加速、保护等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器件提供触发信号。
(3)输出电路
输出电路是在触发信号的控制下，实现对负载电流的通断转换。输出电路主要由输出器件和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有的还包括反馈电路。目前，各种固态继电器使用的输出器件主要有晶体三极管、单向晶闸管、双向晶闸管、MOS型场效应管、绝缘栅型双极晶体管(IGBT)等。
3. 固态继电器的分类
固态继电器按输出方式可分为直流型固态继电器(DCSSR)、交流型固态继电器(ACSSR)两种，按开关形式可分为常开型和常闭型两种，按输入方式可分为电阻限流直流、恒流直流和交流等类型，按输出额定电压分有(220~380V) 交流电压型和(30~180V) 直流电压型两种，按隔离形式可分为混合型、变压器隔离型和光电隔离型等多种。其中，以光电隔离型应用的最多。典型的固态继电器电路符号如图2所示。
提示：目前，DCSSR的输出器件主要使用大功率三极管、大功率场效应管、IGBT等，ACSSR的控制器件主要使用单向晶闸管、双向晶闸管器件。ACSSR按触发方式又分为过零触发型和随机导通型两种。其中，过零触发型固态继电器是当控制信号输入后，在交流电源经过零电压附近时导通，故干扰很小。随机导通型固态继电器则是在交流电源的任一相位上导通或关断，因此在导通瞬间可能产生较大的干扰，并且它内部的晶闸管容易因功耗大而损坏。ACSSR 按采用的输出器件不同，分为双向晶闸管普通型和单向晶闸管反并联增强型两种。由于单向晶闸管比双向晶闸管具有阻断电压高和散热性能好等优点，多被用来制造高电压、大电流产品和用于感性、容性负载中。
4. 固态继电器的基本原理
(1)过零型交流固态继电器工作原理
典型的过零型交流固态继电器内部结构如图3所示。①、②脚是输入端，③、④脚是输出端; R9为限流电阻: VD1 是防止反向供电损坏光电耦合器IC1而设置的保护管; IC1 将输入与输出电路进行隔离; V1构成非门(倒相)， R4、 R5、 V2和单向晶闸管V3组成过零检测电路;VD2~VD5构成整流桥，为V1~V3和IC1等电路供电:由V3和VD2、VD3为双向晶闸管V4提供开启的双向触发脉冲; R3、 R7为分流电阻，分别用来保护V3和V4; R8和C1组成浪涌吸收网络，用来吸收电源中带有的尖峰电压或浪涌电流，防止给V4带来冲击或干扰。
当固态继电器接入电路后，220V 市电电压通过负载RL构成的回路加到固态继电器的③、④脚上，经R6、R7限流，再经VD2~VD5桥式整流产生脉动电压U， U除了为IC1、V1~V3 供电，还通过电阻取样后为V1、V2提供偏置电压。当固态继电器的①、②脚无电压信号输入时，光电耦合器IC1内的发光管不发光，使它内部的光敏管因无光照而截止，U1通过R1限流使V1导通，致使晶闸管V3因无触发电压而截止，进而使双向晶闸管V4因G极无触发电压而截止，固态继电器处于关闭状态。当固态继电器的①、②脚有信号输入后，通过R9使IC1内的发光管发光，它内部的光敏管导通。V1因b极没有电压输入而截止，V1不再对V3的G极电位进行控制。此时，若市电电压较高，使U电压超过25V时，通过R4、R5取样后的电压超过0.6V，使V2导通，V3 的G极仍然没有触发电压输入，V3仍截止，从而避免市电电压高时导通，可能因功耗大而损坏。当市电电压接近过零区域，使U1电压在10~25V的范围内，经R4、R5分压产生的电压不足0.6V，使V2截止，于是Uh通过R2、R3分压产生0.TV电压使V3触发导通。V3导通后，220V 市电电压通过R6、VD2、V3、 VD4构成的回路触发V4导通，为负载提供220V的交流供电，从而实现了过零触发控制。由于U电压低于10V后，V3可能因触发电压过低而截止，导致V4也截止，所以说过零触发实际上是与220V市电的幅值相比可近似看作“零”而已。
当①、②脚的电压信号消失后，IC1 内的发光管和光敏管截止，V1导通，V3截止，但此时V4仍保持导通，直到负载电流随市电减小到不能维持V4导通后，V4截止，固态继电器进入关断状态。
提示：固态继电器在关断期间，虽然220V电压通过负载RL、R6、R7、VD2~VD5构成回路，但由于RL、R6、R7的阻值较大，只有微弱的电流流过RL， RL此时不工作。
(2)直流固态继电器工作原理
典型的直流触发型固态继电器内部结构如图4所示。①、②脚是输入端，③、④脚是输出端; R1 为限流电阻; VD1是为防止反向供电损坏光电耦合器IC1而设置的保护管: IC1将输入与输出电路隔离; VT1构成射随放大器; VT2 是输出放大器: R2、R3是分流电阻:VD2是为防止VT2反向击穿而设置的保护管。
当固态继电器的①、②脚无电压信号输入时，光电耦合器ICI内的发光管不发光，它内部的光敏管因无光照而截止，致使VTl和VT2相继截止，固态继电器处于关闭状态。当固态继电器的①、②脚有电压信号输入后，通过R1使IC1内的发光管发光，它内部的光敏管导通，由它e极输出的电压加到VT1的b极，经VT1射随放大后，从它的e极输出，再使VT2饱和导通，为负载提供直流电压，负载开始工作。当①、②脚的电压信号消失后，IC1 内的发光管和光敏管相继截止，VT1 和VT2因b极无导通电压输入而截止，固态继电器进入关断状态。
5.固态继电器的检测
(1)好坏的检测
检测固态继电器时，首先测它的两个输入脚间的阻值，正向测量有导通阻值，反向测量为无穷大，而测量它的两个输出脚间的正、反向阻值均为无穷大;否则，说明它损坏。
(2)输入电流和带载能力的检测
如图5所示，将直流稳压电源和万用表的50mA电流挡、2.2k2的电位器RP、SP2210型固态继电器(SSR) 的输入端引脚构成串联回路，再将SP2210的输出端与60W的白炽灯和220V市电构成回路。随后，将RP调整到最大，打开直流稳压器的电源开关，调整直流稳压器的输出电压旋钮，使输出电压为5V。此时白炽灯应不发光，调整RP使白炽灯发光并且亮度逐渐增大，说明SP2210正常;若白炽灯不能发光或调整RP时白炽灯不能亮暗变化，说明SP2210损坏。
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