直流固态继电器的原理及应用

祁传琦　刘培勇　刘巧燕　张文金

摘要：文章阐述了直流固态继电器的工作原理、特点以及在设计时需要注意的一些问题，并以BKL-3080型颗粒包装机为例介绍了直流固态继电器在工业控制中的应用。

关键词：直流固态继电器；颗粒包装；工作原理

中图分类号：TM581 文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）14-0161-02

固态继电器SSR（Solid state releys）是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件（如开关三极管、双向可控硅等半导体器件）开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，因此又被称为“无触点开关”。固态继电器为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端，中间采用光电隔离，作为输入输出之间电气隔离（浮空）。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态（无信号时呈阻断状态），从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。

一、直流固态继电器的工作原理

SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，两者不能混用。

固态继电器由三部分组成：输入电路、隔离（耦合）和输出电路组成。

图1是直流固态继电器的工作原理图。在输入控制回路中，电阻R1串接在光电耦合器IC1的输入端，对发光二极管LED进行限流保护，发光二极管LED能对输入控制信号给予指示，VD1可防止当输入信号正负极性反接时以保护光电耦合器IC1。当控制端无信号输入时，光电耦合器IC1中的光敏三极管呈截止高阻状态，三极管V1通过电阻R2获得其基极电流使之饱和导通,从而导致三极管V2、V3、V4均处在截止状态，使固态继电器呈关断状态。

当控制端有信号输入时，光电耦合器IC1中的光敏三极管导通，使三极管V1呈截止状态，从而使三极管V2、V3、V4导通，这时固态继电器处于接通状态，并将电源加至负载上，直流固态继电器的输出端随着输入端信号的加入而导通，随着输入信号的消失而关断。

另外，大功率低电压的直流固态继电器的输出开关普遍采用功率场效应管来替代功率三极管，以此来降低输入功率。

二、直流固态继电器的特点

由全固态电子元件组成，与机械式电磁继电器相比，它没有任何可动的机械部件，所以它具有一系列机械直流固态继电器成功地实现了弱电（输入信号）对强电（输出端负载电压）的控制。直流固态继电器式电磁继电器不具备的优点：

（1）灵敏度高：固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器，驱动功率小于30mW。

（2）可靠性高：能在高冲击振动的环境下工作，由固态器件完成触点的接通和关断。

（3）寿命长：无机械运动部件，是无触点开关

（4）转换快：切换速度只有几毫秒甚至几微秒

（5）电磁干扰小：固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。

三、使用直流固态继电器时的注意事项

固态继电器广泛应用于航天、航海、家电、机床、通讯、化工、煤矿等工业自动化等领域，但在使用中需要考虑下述问题。

直流固态继电器在使用时应注意：

（1）负载为感性负载时，如直流电磁阀或电磁铁，应在负载两端并联一只二极管，极性如图2所示，二极管的电流应等于工作电流，电压应大于工作电压的4倍。

（2）直流固态继电器工作时应尽量把它靠近负载，其输出引线应满足负载电流的需要。

（3）在选用小电流规格印刷电路板使用的固态继电器时，因引线端子为高导热材料制成，焊接时应在温度小于250℃、时间小于10S的条件下进行。

（4）固态继电器的负载能力受环境温度和自身温升的影响较大，在安装使用过程中,应保证其有良好的散热条件，额定工作电流在10A以上的产品应配散热器，100A 以上的产品应配散热器加风扇强冷。

（5）在安装使用时应远离电磁干扰,射频干扰源，以防继电器误动失控。

（6）应考虑“导通电阻”和漏电流对系统的影响。

四、直流固态继电器的应用实例

直流固态继电器在工业中的一个重要应用就是替代传统的继电器控制电机。BKL-3080型颗粒包装机用于计量、制袋、充填、封合、打印批号、切断及计数等工作，图3是BKL-3080型颗粒包装机的工作原理图。传输切断是颗粒包装机的一个重要功能，当走纸速度与切纸速度不一致时，会造成包装纸切割错位，从而引起包装颗粒散落，因此控制走纸速度与切纸速度的一致性是提高颗粒包装机性能的关键。BKL-3080型颗粒包装机，该功能的工作原理是包装纸上和切割刀处的光电识别系统发出的信号通过光电隔离器件后由微处理器经实时采集，经运算处理后发出一个加速或减慢的叠加信号（与正常的走纸速度叠加），该修正信号通过固态继电器sp2110控制伺服电机正转或反转，从而修正走纸速度，达到走纸速度与切纸速度相一致，使包装纸在正常位置被切割。BKL-3080型颗粒包装机现已投入使用，客户反映良好。

五、结语

相比传统的电磁继电器，固态继电器有许多优点，并且特别易于实现计算机的编程控制，使得这种器件成为愈来愈多设计师的首选。

参考文献

[1]黄正．浅谈固态继电器的正确使用[J]．电子质量，2000，（7）．

[2]李序葆编．电力电子器件及应用[M]．机械工业出版社，1996．

作者简介：祁传琦（1977- ），女，河南周口人，成都航空职业技术学院讲师，硕士，研究方向：机械电子控制技术教学与研究。