半導體繼電器——類型、裝置和工作原理

很多讀者聽到“繼電器”這個詞，肯定會想像到一個線圈，在線圈的鐵芯中有一個動觸點被吸引。這一點也不奇怪，因為最初繼電器總是電磁的，而“繼電器”一詞通常被理解為用於打開和關閉電路的電磁裝置。

儘管如此，很長一段時間以來，半導體開關一直被用於切換各個技術領域的電路：晶體管、晶閘管、三端雙向可控矽開關元件。半導體的進步和繼電器也未能倖免。

儘管大電流和大電壓的電路傳統上是藉助電磁繼電器進行切換，但如今已經可以實現穩定而強大的半導體電氣開關。這種開關是半導體繼電器或 固態繼電器 （來自英文Solid-state relay，縮寫SSR）。

因此，半導體繼電器現在是一種完全電子化的設備，沒有可移動的機械觸點，它通過向電子設備的控制輸入端提供低控制電壓來打開/關閉電源電路中的強大負載。

固態（solid-state）繼電器外殼內部是響應控制信號的傳感電路，以及電源部分——大功率電路一側的固態電子器件。

這種繼電器用於直流和交流電路，它們執行與早期機械電磁繼電器和接觸器相同的功能，只是現在解決了問題，而無需在開關電路中移動部件。因此，由於繼電器外殼中集成了強大的晶閘管、三端雙向可控矽開關管和晶體管，無需借助機械元件即可切換高達數百安培的電流。

與機電式繼電器相比，固態繼電器的安全開關速度更高，可達數百微秒量級，同時控制電路與電源電路完全電隔離（通常採用光耦隔離）。

固態繼電器能夠在短時間內承受開關側的過載並保持服務狀態，這是機電祖先無法誇耀的。同時，固態繼電器靜音工作，尺寸緊湊，這裡的觸點不會氧化（因為沒有觸點），沒有火花，設備不怕灰塵或振動。

當然，繼電器的半導體化合物在導通狀態下的電阻是非線性的，在高開關電流下，設備根本需要冷卻，但優點肯定與這些傳統缺點重疊。此外，固態繼電器的壽命是以數百萬次開關循環來衡量的。

固態繼電器是單相或三相的，用於直流或交流切換。交流開關繼電器具有內置的過零傳感器，因此幾乎可以在零電流下進行開關操作，不會損壞固態開關，也不會出現來自感性負載的危險電流浪湧。

晶閘管或雙向晶閘管用作交流繼電器中的開關，場或 IGBT晶體管… 電源直接由控制信號源提供給控制電路，控制電流不超過幾毫安，開關電流可達幾十、幾百安。

可提供不可逆和可逆三相固態繼電器。三相換向繼電器有兩個控制輸入，在輸出端，其中一相可能根本不會改變其位置。

與笨重的機械磁力啟動器相比，緊湊型半導體繼電器工作時安靜且不會磨損，您無需定期清潔觸點，並且對於強大的負載足以為繼電器外殼提供良好的冷卻，在某些情況下散熱器會除了提供它的安裝。

對於多塵和易爆的工業生產，固態繼電器在這裡成為了真正的救星，因為機械觸點的電弧由於沒有固態繼電器而被排除，而且繼電器的密封外殼不會讓電子元件變髒.

塑料外殼中的微型固態繼電器可用於 PCB 安裝。這種繼電器可以在 220-240 伏的電源電壓下切換高達 2 安培的電流，例如，可以使用來自傳感器的 5 伏數字信號打開風扇或泵、燈甚至小型散熱器，這對於 DIY 愛好者來說通常非常重要的家庭自動化系統。