物聯網系統中為什么要使用的固態繼電器

在物聯網系統中使用固態繼電器的原因主要基于固態繼電器的多個顯著優點，這些優點使得固態繼電器成為物聯網系統中控制電路的理想選擇。以下是詳細的原因分析：

高可靠性和長壽命

無機械部件：固態繼電器采用半導體材料代替傳統電磁繼電器的機械觸點，因此沒有機械磨損和疲勞問題，從而大大提高了其可靠性和使用壽命。這種特性使得固態繼電器在需要高可靠性和長壽命的物聯網應用中尤為適用。

耐環境能力強：固態繼電器對振動、沖擊、濕度等環境因素不敏感，能夠在惡劣的工作環境中穩定運行。這對于物聯網系統中可能面臨的復雜環境條件尤為重要。

低功耗和快速響應

低功耗：固態繼電器的電流控制電路只需要少量電流即可控制，相比傳統繼電器能夠顯著降低功耗。這對于物聯網系統中需要長時間運行且對能耗有嚴格要求的設備來說，是一個重要的優勢。

快速響應：固態繼電器的響應速度非常快，一般只需要幾毫秒的時間即可完成開關動作。這種快速響應能力使得固態繼電器在需要快速切換電路的物聯網應用中表現出色。

電氣隔離和安全性

電氣隔離：固態繼電器通常具有輸入和輸出之間的電氣隔離功能，這意味著輸入信號與輸出信號之間沒有直接的電氣連接。這種隔離可以提高系統的安全性和抗干擾能力，防止外部干擾對系統造成影響。

安全性高：由于固態繼電器沒有機械觸點，因此不會產生電弧或火花等潛在的安全隱患。這對于物聯網系統中需要控制易燃易爆或高壓設備的場景來說尤為重要。

易于集成和控制

易于集成：固態繼電器體積小、重量輕，易于與其他電子元件集成在一起。這使得固態繼電器在物聯網系統中能夠方便地與其他設備或模塊進行連接和集成。

控制靈活：固態繼電器可以通過數字信號或模擬信號進行控制，使得其控制方式更加靈活多樣。這種靈活性使得固態繼電器能夠適應不同物聯網系統的控制需求。

應用廣泛

工業自動化：在物聯網系統中，固態繼電器可以用于控制機器人、自動化生產線等設備的開關，實現自動化生產。

智能家居：固態繼電器還可以用于智能家居系統中，控制家庭電器的開關，如燈光、窗簾、空調等，實現智能家居控制。

電力電子：在電力電子領域，固態繼電器可以用于逆變器、變頻器、電磁爐等設備的控制，提高系統的效率和穩定性。

其他具體應用

自動化和控制系統：固態繼電器廣泛用于自動化和控制系統中，包括工業自動化、樓宇自動化、機器控制等。它們可以實現對電流的快速、可靠的開關控制，用于驅動電動機、執行器、電磁閥等設備。

電力分配和開關控制：固態繼電器被用于電力分配系統和開關控制應用。它們可以用于電力開關、斷路器控制、配電盤控制、電力監控等領域，提供高速、可靠的電流開關功能。

照明控制：固態繼電器用于照明控制是常見的應用之一。它們可以實現對燈光的開關控制，包括室內照明、戶外照明、舞臺照明等。固態繼電器的快速響應和長壽命使其成為照明控制的理想選擇。

溫度控制和加熱系統：固態繼電器廣泛用于溫度控制和加熱系統中。它們可以實現對加熱元件（如加熱器、熱交換器）的精確開關控制，用于溫度調節、熱處理、熱風爐控制等應用。

醫療設備：固態繼電器在醫療設備中具有重要的應用。它們用于控制醫療設備的電流開關，包括醫療成像設備、手術器械、實驗室儀器等。

電動交通工具：固態繼電器也用于電動交通工具中，如電動汽車、電動自行車等。它們可以實現對電動車輛的電流開關控制，包括電機驅動、充電控制等功能。

總的來說，固態繼電器在各個領域的應用越來越廣泛，由于其快速響應、可靠性高和壽命長等優點，成為電流開關控制的重要工具。

綜上所述，物聯網系統中使用固態繼電器的原因主要包括其高可靠性、長壽命、低功耗、快速響應、電氣隔離、安全性高、易于集成和控制以及廣泛的應用場景等多個方面。這些優點使得固態繼電器成為物聯網系統中控制電路的重要選擇。

本文會再為大家詳解繼電器家族中的一員——固態繼電器。

固態繼電器的定義

固態繼電器是一種完全由固態電氣元件組成的非接觸式開關，可以以較小的控制信號驅動大電流負載。無觸點開關器件，輸入直流或脈沖信號，中間光耦隔離，輸出從斷態轉變為通態。由于電氣元件（即開關晶體管、可控硅等半導體元件）的開關特性，它可以實現無接觸和無火花的開關。

固態繼電器的原理

從DW1、DW2上取出的削頂正弦信號經反相器BG1輸出方波再經運算放大器A輸出尖峰脈沖信號。尖峰脈沖加在D3~D6的交流對角線與SCR的控制極和陰極間，D3~D6的直流對角線接在光電耦合器的輸出端。當從A、B輸入低壓小電流信號時，二極管發光，光敏管導通，于是從A運算放大器中輸出的尖峰脈沖觸發SCR導通，角載RL得電。A、B無信號輸入時，光電耦合器BG2截止，尖峰脈沖通不過而使SCR不能導通。

固態繼電器的分類

按控制方式

開關控制 循環控制 相位控制

按負載輸出方式分類

根據控制的負載性質，分為直流固態（輸出用MOS管、IGBT等控制）和交流固態（輸出用可控硅控制）

按相數分類

單相固態繼電器 三相固態繼電器。

基于內部元件和工作原理的分類：

MOSFET SSR：金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）SSR以其高速開關能力和低功耗而聞名，非常適合快速響應時間至關重要的應用。

光隔離SSR：包含一個光耦合器，用于在輸入和輸出之間提供電氣隔離，廣泛用于需要防止電壓尖峰和噪聲的應用。

混合SSR：結合了SSR和機電繼電器的優點，保障機電繼電器的可靠性，同時保持SSR的優點。

中壓SSR：可處理100V至600V的負載電壓，適用于工業自動化和HVAC系統。

高壓SSR：設計用于控制超過600V的負載，例如配電箱、光伏逆變器和電動汽車充電站。

單刀雙擲（SPDT）SSR：具有一個輸入和兩個輸出端子，允許在兩個不同負載之間切換。

按開關形式分類：

常開型

常閉型

按輸入方式分類：

電阻限流直流

恒流直流

交流等類型

按隔離型式分類：

混合型

變壓器隔離型

光隔離型等多種，其中光隔離型應用最多。

按觸發方式分類：

過零觸發型ACSSR：當控制信號輸入后，在交流電源經過零電壓附近時導通，故干擾很小。

隨機導通型ACSSR：在交流電源的任一相位上導通或關斷，在導通瞬間可能產生較大的干擾，并且它內部的晶閘管容易因功耗大而損壞。

固態繼電器的選型參數

1、輸入電壓Vi--在規定的環境溫度下，施加至輸入端能使固體繼電器正常工作的電壓范圍。

2、輸入電流Ii--在規定的環境溫度下，在規定輸入電壓下，流入固體繼電器輸入回路的電流值。

3、保證接通電壓Vicmin--保證常開型固體繼電器輸出電路接通時施加在輸入端的電壓的最低值。類似于電磁繼電器的動作最大值。該值一般為固體繼電器的輸入電壓范圍的下限值。即在輸入端施加該電壓或大于該電壓時固體繼電器確保接通。

4、保證關斷電壓Vismax--保證常開型固體繼電器輸出電路關繼時施加在輸入端的最高值。類似于電磁繼電器釋放電壓最小值。即在輸入端施加該電壓或低于該電壓值時，固體繼電器確保關繼。

5、反極性電壓Virmax--能夠加在固體繼電器的輸入端上而舉造成永久性損壞的最大允許反極性電壓。該值一般確定為輸入電壓范圍的上限值。

6、偏壓Vcb--在具有多路輸出電路的繼電器或輸入與CMOS電平兼容的繼電器中，需要以偏置電源對輸入控制信號進行放大或轉換。該項參數規定了使繼電器正常工作的偏置電源電壓范圍。

7、偏流Icb--在規定的環境溫度下，在規定偏壓下，流入固體繼電器偏置回路的電流值。

8、輸出電壓Vlmax--在規定的環境溫度下固體繼電器能夠承受的最大穩態負載電源電壓。一般還應規定，繼電器能正常接通和關繼的最小值輸出電壓。

9、輸出電流Ilmax--在規定的環境溫度下，固體繼電器允許使用的最大穩態負載電流值。一般還應規定，繼電器能正常接通和關繼的最小輸出電流。

10、輸出電壓降或輸出接通電阻Ron--在規定環境溫度下，固體繼電器處于接通狀態，在額定工作電流下，兩輸出端之間的壓降或電阻值。

11、輸出漏電流Iol--在規定的環境溫度下，固體繼電器處于關繼狀態，輸出端為額定輸出電壓時，流經負載的電流（有效）值。

12、接通時間Ton--當使常開型固體繼電器接通時，從加輸入電壓至保證接通電壓開始到輸出端電壓（或負載電壓）達到其電壓最終變化的90%為止之間的時間間隔。

13、關繼時間Toff--當使常開型固體繼電器關繼時，從切除輸入電壓至保證關繼電壓開始到輸出電壓（或負載電壓）達到其電壓最終變化的90%為止之間的時間間隔。

14、瞬態電壓Vins--在規定的環境溫度下，處于關狀態時固體繼電器輸出端能夠承受的不被擊穿或失去阻繼功能的最大瞬時電壓。

15、過負載和浪涌電流Isur--按總規范的規定，固體繼電器的過負載為3.5倍額定輸出電流、脈沖寬度100ms、周期1s、循環10次的浪涌電流值或詳細規范所規定的其它循環方式的浪涌電流。交流固體繼電器一般還可承受脈沖寬度為50HZ 1個周波（20ms）的8~15倍于額定輸出電流的非重復浪涌電流。

16、最小額定電流Ilmin--為使交流固體繼電器正常接通，能滿足規定的直流失調節器電壓和波形失真要求的繼電器的最小負載電流。一般直流固體繼電器出應規定其適用的最小電流。

17、零點交越--具有此零點交越特性的交流固體繼電器，施加輸入電壓后，只在隨后的規定的零電壓時接通，切除輸入電壓后，只在隨后的規定的零負載電流時關斷，而與輸入電壓施加或切除的時間無關。

18、電壓指數上升率（dv/dt）--在規定的環境溫度下，固體繼電器輸入端施加零輸入電壓，輸出端能夠承受的不使其接通的最小電壓上升率。總規定規定該值為100V/us，某些產品可達200~500V/us。

19、絕緣電阻Rins--固體繼電器輸入端與輸出端，輸入端、輸出端與外殼之間加500V直流電壓測量的電阻值。注意，不允許測量同一輸入（或輸出）電路引出端之間的絕緣電阻，測量之前應將它們短接。

20、介質耐壓--固體繼電器輸入端與輸出端，輸入端、輸出端外殼之間能承受的最大電壓值。注意，不允許測量同一輸入（或輸出）電路引出端之間的介質耐壓，測量之前應將它們短接。

21、工作濕度--繼電器按規范安裝或不安裝散熱器時，其正常工作的環環境溫度范圍。

22、儲存溫度--在非工作狀態下，不出現永久性的電性能變化或機械損壞的環境溫度范圍。

固態繼電器的優缺點

優點：

電磁干擾小：固態繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數交流輸出固態繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了射頻干擾，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態效應。

高壽命，高可靠：SSR沒有機械零部件，由固體器件完成觸電功能，由于沒有運動的零部件，因此能在高沖擊，振動的環境下工作，由于組成固態繼電器的元器件的固有特性，決定了固態繼電器的壽命長，可靠性高。

靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好：固態繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。

快速轉換：固態繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。

缺點：

半導體器件關斷后仍可有數微安至數毫安的漏電流，因此不能實現理想的電隔離。

電子元器件的溫度特性和電子線路的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。

固態繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態繼電器的負載與環境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。通常用于功率控制的固體繼電器是針對負載或設計成交流輸出或設計成直流輸出，而不設計成既和用于交流負載，又可用于直流負載。

導通后的管壓降大，可控硅或雙相控硅的正向降壓可達1~2V，大功率晶體管的飽和壓漿液在1~2V之間，一般功率場效應管的導通電阻也較機械觸點的接觸電阻大。

由于管壓降大，導通后的功耗和發熱量也大，大功率固態繼電器的體積遠遠大于同容量的電磁繼電器，其輸出功率與環境和外殼溫度有關，成本也較高。

通常固體繼電器設計成單刀單擲形式，這樣比較容易實現，多組和多組轉換結構需要用幾個相互連接和適當連鎖的固體繼電器，這些固體繼電器基本上是積木式堆疊在一起，形成一個占地較大空間的復雜裝置。大功率固體繼電器，由于需用散熱片，就進一步增加了所有空間和成本。

固態繼電器的使用注意事項

電阻性負載不能超過額定電流的60%。

電感性或容性負載不能超過額定電流的40%，在控制感性負載時，一定要考慮負載的啟動性，盡量選耐電壓高的產品，因為感性負載有6倍左右 的反峰值電壓。

固態繼電器導通時，兩端總有壓降，會產生焦耳熱尤其是大電流工作時更加突出，電流10A時必須加裝散熱器，電流大于40A時，需加風扇強冷 或水冷。

過流和負載短路可能造成SSR內部可控硅永久性失效，所以必須加裝熔斷器或空氣開關，小容量可選用保險絲。

過壓保護可采用并聯壓敏電阻，根據用戶要求也可內置壓敏電阻。固態繼電器是半導體器件的組合裝置。它具有無觸點，壽命長，可靠性高，使用安全，電磁干擾小等優點。

直流固態繼電器的控制電壓范圍通常為3.6~7V，其輸入電流典型值為7mA左右，可與TTL電路兼容。輸入可與CMOS電路兼容的固態繼電器，其輸入電流一般不超過250μA，但需加偏置電壓。

固態繼電器的輸出電壓通常是指加至繼電器輸出端的穩態電壓。而瞬態電壓則是指繼電器輸出端可以承受的最大電壓。在使用中，一定要保證加至繼電器輸出端的最大電壓峰值低于繼電器的瞬態電壓值。在切換交流感性負載、單相電機和三相電機負載，或這些負載電路上電時，繼電器輸出端可能出現兩倍于電源電壓峰值的電壓。對于此類負載，選型時應給固態繼電器的輸出電壓留出一定余量。

對于感性負載和容性負載，當交流固態繼電器在關斷時，有較大的dv/dt (電壓指數上升率)加至繼電器輸出端，為此應選用dv/dt較高的固態繼電器。

固態繼電器的輸出電流通常是指流經繼電器輸出端的穩態電流。但是由于感性負載、容性負載引起的浪涌電流問題以及電源自身的浪涌電流問題，在選型時應當給固態繼電器的輸出電流留出一定余量。

固態繼電器的廠商

德力西：中國的一家知名品牌，提供低壓配電以及工業自動化領域的全面解決方案。

歐姆龍（OMRON）：日本的一家全球知名的自動化控制及電子設備制造商，其固態繼電器產品在市場上具有較高的知名度。

菲尼克斯（Phoenix Contact）：德國的一家知名電氣連接、電子接口和工業自動化技術的制造商，其固態繼電器產品廣泛應用于各種工業自動化領域。

昌得：這也是中國的一家知名品牌，專注于固態繼電器的研發和生產。

Celduc（法國賽德）：這是一家法國公司，專注于電氣工程和電子產品的制造，是固態繼電器領域的專家之一。

此外，還有松下（Panasonic）、泰科（TE）、施耐德（Schneider）、西門子（SIEMENS）等國際知名品牌也生產固態繼電器產品。在國內，除了上述提到的品牌外，還有一些軍品廠家如桂林航天電子有限公司、北京科通、貴州航天電器、振華群英無線電器材廠等也生產固態繼電器。而宏發、正泰、三友等則是國內知名的民用固態繼電器生產廠家。

供應商A：德力西集團有限公司

https://www.delixi.com/

1、產品能力

（1）主推型號1：CDG1

對應的產品詳情介紹

德力西CDG1單相固態繼電器產品采用半導體元件組裝固化而成的一種新穎的無觸點開關。產品具有開關速度快、工作頻率高、噪聲低和動作穩定，無火花等一系列優點。不僅替代了機電式繼電器而且應用于數字程控裝置、電機控制裝置、調溫裝置、數據處理系統及計算機終端接口電路，適用于動作頻繁防爆耐潮和耐蝕的特殊場合。由外殼、電子線路板、阻燃工程塑料外殼、金屬散熱底板、可控硅組成。采用專用光電耦合器隔離，具有工作穩定、開關速度快、工作頻率高、噪聲低、功耗低、外形美觀、安裝使用方便等優點。

參數詳情：

硬件參考設計

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審核編輯 黃宇