固态继电器的五大优势

固态继电器的优点和五个关键优势，现代电气控制系统因二极管、晶体管和晶闸管等固态器件的发明而得到极大的增强。对于加热器和电机等大负载设备，固态继电器可能比传统的机械继电器具有巨大的优势。

虽然并非适用于所有情况，但它们具有许多吸引人的好处和一些占据上风的关键情况。

固态继电器是一个相当复杂的设备，但它的目的很简单 - 在通电时激活单个输出负载。它们在工作中高效且有效，在某些情况下，允许非常大的负载以非常精确的控制电压运行。

固态继电器的基本结构由一个带有两个端子的控制（输入）侧组成。施加到这些输入端子的电压激活内部LED，并与限流电阻配对以进行保护，通常允许大约10-20 mA的输入用于LED激活。

输入电压可以采用低压直流、低压交流和线电压交流的范围，但每个电压是不同的继电器型号。来自LED的光照射到光敏晶体管或晶闸管（通常是SCR，TRIAC）。这允许它分别控制直流负载或交流负载，但不能同时控制两者。

固态继电器的五大优势

固态继电器并非适用于所有情况，并且它们并非在所有情况下都可以直接替代机械继电器。但是，有一些关键优势可能会使天平倾向于选择固态来控制负载设备。

更低的功耗

鼓励使用固态控制的第一个因素是为其供电所需的较低功耗。固态继电器的激活是带有集成限流电阻的内部LED，因此整个控制电路仅使用几毫安。

固态继电器的台架测试显示，15 伏时的电流输入为 24mA，功耗为 360 mW，输入电阻为 1.6 kΩ。

当我最近将电源和电流表连接到快达 DC60S3 固态继电器时，我测量的输入功率在 75 伏时为 5mW，在 360 伏时为 24mW。相比之下，安装在 PCB 上的小型 Schrack 机械 5 伏继电器消耗约 400 mW 的功率，这是 5 倍以上，经过测试的 Magnecraft 24 伏冰块继电器使用 1.44 W，大约高出 4 倍。

确保较长的使用寿命

使用固态继电器的下一个主要好处是使用寿命长。由于它们不包含移动部件，因此不会像机械设备那样发生机械疲劳失效。这样可以延长使用寿命并降低更换成本，尤其是当它们以更高的频率切换时。

据说，当负载使用额定功率的 21% 时，快达直流输出继电器的使用时间超过 2400 万小时（50 年）。实际上，没有台式设备可以验证此额定值。相比之下，机械继电器基于其使用寿命内的开关周期数。

特定 Omron 24 伏继电器的数据表指出，每个开关最少 500，000 个开关，每个开关的速率为 2 秒。

 

固态继电器，采用单列直插式封装 PCB 安装方式。

开关速度快

第三个主要优势，特别是对于直流输出继电器，是极快的开关速度。机械继电器的速度或开关频率受到限制，因为打开和关闭触点需要时间。由于没有移动部件，固态速度更快。

在这些直流负载中，它可用于改变占空比并将脉宽调制（PWM）控制信号发送到大负载器件，以及仅使用晶体管无法实现的电气隔离。

快达固态继电器的允许脉宽调制频率超过 1 kHz（每秒 1000 个开关），尽管该频率限制会随着负载电流的增加而降低。

相比之下，欧姆龙 24 伏继电器的绝对最大可能开关频率为 5 Hz（每秒 5 次开关）。在这种缓慢的速度下，不可能保持对发送到负载设备的平均电压的精确控制。

介电强度的提高值

固态继电器的第四个优点是输入控制和输出触点之间的介电强度或抗电弧电阻值更高。

使用继电器而不是大电流晶体管的原因之一是两个输入端子和两个输出端子之间存在绝对隔离。这种隔离意味着，如果大的电压浪涌影响负载端子，控制设备将完全不受影响。

 

一组PCB安装固态继电器在电源板上。

固态继电器的电位电压电阻可能高达 4，000 或 5，000 伏。但是，机械继电器可能仅具有抵抗高达2，000或3，000伏电压的介电强度。虽然这看起来像是一个不合理的高电压，但请记住，电机等电感设备在断电时会产生比其工作电压高许多倍的反向电压。

阻性输入

最后，使用固态器件的第五个也是最后一个吸引力是输入是纯电阻性的，而不是机械继电器的感性负载。产生磁场的基于线圈的设备会遭受反向产生的电压，当控制电压突然被移除时，称为“反激”。这种大电压对敏感控制可能是致命的，并导致发生电弧。

 

固态继电器的后视图显示了要安装在散热器上的大金属焊盘 - 这将消散大负载电流产生的热量。

幸运的是，电感反激式的解决方案相当简单 - 将反极性的二极管与线圈并联。因此，这个问题绝不是无法解决的，并且可能并不总是有足够的论据来使用固态继电器。

当只需要一个负载设备进行非常精确的高速开关时，固态继电器是首选。它们效率高，使用寿命长，是这些操作环境的理想设备。