半导体继电器——类型、装置和工作原理

很多读者听到“继电器”这个词，肯定会想象一个线圈，在线圈的磁芯中吸引着一个动触点。这一点也不奇怪，因为最初继电器总是电磁的，而“继电器”一词通常被理解为用于打开和关闭电路的电磁装置。

尽管如此，很长一段时间以来，半导体开关一直被用于切换各个技术领域的电路：晶体管、晶闸管、三端双向可控硅开关元件。半导体的进步和继电器也未能幸免。

尽管大电流和大电压的电路传统上是借助电磁继电器进行切换，但如今已经可以实现稳定而强大的半导体电气开关。这种开关是半导体继电器或 固态继电器 （来自英文Solid-state relay，缩写SSR）。

因此，半导体继电器现在是一种完全电子化的设备，没有可移动的机械触点，它通过向电子设备的控制输入端提供低控制电压来打开/关闭电源电路中的强大负载。

固态（solid-state）继电器外壳内部是响应控制信号的传感电路，以及电源部分——大功率电路一侧的固态电子器件。

这种继电器用于直流和交流电路，它们执行与早期机械电磁继电器和接触器相同的功能，只是现在解决了问题，而无需在开关电路中移动部件。因此，由于继电器外壳中集成了强大的晶闸管、三端双向可控硅开关管和晶体管，无需借助机械元件即可切换高达数百安培的电流。

与机电继电器相比，固态继电器具有更高的安全开关速度，可达数百微秒量级，同时控制电路和电源电路之间完全电气隔离（通常采用光耦隔离）。

固态继电器能够在短时间内承受开关侧的过载并保持服务状态，这是机电祖先无法夸耀的。同时，固态继电器静音工作，尺寸紧凑，这里的触点不会氧化（因为没有触点），没有火花，设备不怕灰尘或振动。

当然，继电器的半导体化合物在导通状态下的电阻是非线性的，在高开关电流下，设备根本需要冷却，但优点肯定与这些传统缺点重叠。此外，固态继电器的寿命是以数百万次开关循环来衡量的。

固态继电器是单相或三相的，用于直流或交流切换。交流开关继电器具有内置的过零传感器，因此几乎可以在零电流下进行开关操作，不会损坏固态开关，也不会出现来自感性负载的危险电流浪涌。

晶闸管或双向晶闸管用作交流继电器中的开关，场或 IGBT晶体管… 电源直接由控制信号源提供给控制电路，控制电流不超过几毫安，开关电流可达几十、几百安。

可提供不可逆和可逆三相固态继电器。三相换向继电器有两个控制输入端，在输出端，其中一相可能根本不会改变其位置。

与笨重的机械磁力启动器相比，紧凑型半导体继电器工作时安静且不会磨损，您无需定期清洁触点，并且对于强大的负载足以为继电器外壳提供良好的冷却，在某些情况下散热器会除了提供它的安装。

对于多尘和易爆的工业生产，固态继电器在这里成为了真正的救星，因为机械触点的电弧由于没有固态继电器而被排除，而且继电器的密封外壳不会让电子元件变脏.

塑料外壳中的微型固态继电器可用于 PCB 安装。这种继电器可以在 220-240 伏的电源电压下切换高达 2 安培的电流，例如，可以使用来自传感器的 5 伏数字信号打开风扇或泵、灯甚至小型散热器，这对于 DIY 爱好者来说通常非常重要的家庭自动化系统。