摘要：固态继电器是以弱点实现强电控制的器件，有效驱动智能电动调节阀电机，通过优化结构可提高其可靠性。基于此，本文主要以固态继电器原理切入，分析固态继电器结构失效情况，提出相应调整措施，并以此为基础，探究固态继电器应用措施，以期为相关工作者提供参考。
关键词：固态继电器；结构；可靠性；应用分析
前言
固态继电器（SSR）属于新型无触点开关器件，整体均由固态电子元件构成，其拥有电子元件开关特点，在断开与接通过程中，已经实现了无火花、无触点，故而此种继电器也可称其为无触点开关。它具有较强作用，不仅可放大驱动作用，还具有隔离效果，适用于大功率驱动开关执行机构，相较于电磁继电器具有更加优越的性能，所以此继电器应用范围愈发广泛。
1 固态继电器原理
SSR依据适用场合可将其分为直流型与交流型这两种，分别应用于直流或交流电源上成为负载开关，无法混合应用。以交流型SSR为例（见图1）。
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图1 工作原理
通过图片可知，SSR主体由1-4构成，其拥有两个输入端与输出端，属于四端器件。在工作过程中，仅需将控制信号添加在AB端，即可进行CD端“断”与“通”的控制，以满足“开关”功能。其中，耦合电路功能主要是为输入端AB的控制信号提供通道，同时断开SSR输出端与输入端电气方面的联系，避免输出端影响输入端，其元件为光耦合器，具有响应速度高、动作灵敏的特点[1]。而输入端负载以发光二极管为主，输出端易匹配输入信号电平，应用过程中连接计算机输出接口，以“0”、“1”逻辑电平控制。电路功能触发在于满足触发信号要求，以驱动开关电路工作，但其若是不添加特殊电路，则会发生射频告饶，以尖峰或高次谐波污染电网，以此设置“过零控制电路”，当添加控制信号后，交流电压过零，此时SSR为通态，控制信号断开后，SSR需等待交流电正负半周交接方为断开，以避免高次谐波污染电网。而吸收电路则是避免尖峰、浪涌等从电源中传递到开关器件等器件部位，对可控桂冠与开关器件造成干扰冲击所设计，通常使用非线性电阻或串联吸收电路。
2 固态继电器结构失效分析
以空调固态继电器为例，利用X-RAY观察后，发现其内部金线绑定不良及变形情况较为严重。固态继电器主要是利用输入端发光二极管进行发射，利用光电感应进行高压输出控制，以进行空调室内机电机转速控制[2]。在分析观察后，发现固态继电结构以金线与1、3、4引脚绑定短路。并且，将继电器结构开封后，发现金线绑定过长，导致在树脂封装流动之前，金线已经变形，需对此加以整改。
整改方法主要是调整固态继电器输入端结构，更改1引脚与3、4引脚绑定金线结构，让引脚1、3、4直接连接铜基板，以实现引脚框架一体化结构，有效增强了框架稳定性（见图2）。
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图2 更改结构对比图
整改后外观制品并无较大差异，其在结构、尺寸等性能方面数值一致，内部结构状态则有所优化，以金线绑定引脚形成一体化结构，输出端结构不变，弱点控制部分在更改后各项参数也并无变化，有效避免生产固态继电器中由于树脂周转抖动或流动所造成的框架变形等情况。并且，调整了输入端弱点结构部分，未改动器件半导体结构，仍然应用以往双向可控硅及发光二极管等半导体器件，结构调整后对整体器件性能并不会造成影响。同步测试整改后管脚性能与极限参数，均与整改前相同，装配整机与单体器件性能经过测试后也未发现异常情况，有效提高了固态继电器结构可靠性。
3 固态继电器的应用分析
3.1 SSR输入控制
SSR输入电路兼容电路，故而输入控制较为便捷，任意开关电路能够给出电平，即可实现SSR驱动。如，按键开关电路、晶体管开关电路及各种应用+5V电源的COMS与TTL数字逻辑芯片[3]。工作环境如若噪声较强，则不可使用断、通电压值差距较小产品，而是应当选择两者具有较差差距的产品，如接通电压为12V或8V，不会让SSR由于噪声干扰出现失灵情况。
额定输入电压作为SSR输入主要参数，其指的是在条件下可接受稳定阻性负载允许最大电压值，受控负载如果是非阻性或非稳态，则需要考虑产品是否可承受条件变化（感应电势、冷热转换等）及工作状态所产生的合成最大电压。负载如果为感性情况，则额定输出电压应当为电源电压值两倍。如电源电压是200V交流，属于小功率非阻性负载，则额定电压选择400-600V范围的SSR产品。
3.2 SSR输出负载
固态继电器主要应用于以下情况，需控制SSR输出负载：
（1）固态继电器在低容量负载中应用时，需要注意其关断状态下电流及最小负载电流的特点。SSR内部不仅具有输入电路，其他电路也同样是输出端空点，即便输出端状态处于关闭情况，SSR仍然会对关闭状态电流加以维系[4]。因此，关断负载后，固态继电器开启电流通常为关断电流10倍，负载电流如若低于此数值，则需在负载上并联电阻，将继电器开启电流提高。
（2）固态继电器在直流感应负载中应用时，则负载两端应与续流二极管并联，否则会直接烧坏直流固态继电器，主要是由于关闭SSR瞬间，电流经过电感式负载不可能产生突变，电感两端则会有感应电压产生，可能直接超过最大SSR耐压值，烧坏SSR。
（3）固态继电器在交流负载中应用时，则需要使用，此时关断时，电感式负载同样产生过打感应电压，可能将SSR烧坏，因此需要并联压敏电阻在输出端，以增强SSR安全性。选取压敏电阻阀值时，可依据1.7倍左右按压电源电压有效值选择，不仅可为感应电流提供通道，还能避免尖峰电压施加在固态继电器输出端位置。工频市电中尖峰电压较为频繁，尽管此电压宽度较窄，但幅度较高情况下可达到上千幅，若是幅度大于SSR阻断电压，或是尖峰变化速度大于SSR闭关时dv/dt特性，则会导致并未选通的SSR开启，实际工作中必须避免此种误动作。
3.3 电机负载
启动电机过程中将会有较大启动电流产生，断开时也会有电压产生。所以，固态继电器以电机为负载过程中，需要慎重开裂，确保其处于SSR浪涌电流范围内。另外，电机由于短时间内可被反复启动，一定程度上将会影响SSR热工作点，电机转子失速也会导致驱动电流超过正常值，因此需选用具有较大安全系数的保险丝或SSR保护。
3.4 容积负载
固态继电器在低阻抗容性负载中，应当保证其不会超过di/dt限制，如若缺乏外加阻抗限制，则放电过程中，理论上di/dt数值可达到无穷大，此种情况将会对SSR及其他器件均产生不利影响。所以，需选择SSR“零压”导通做好di/dt限制工作。
4 总结
综上所述，固态继电器性能优越，具有低噪音、寿命长、绝缘电压高的特点，有效克服电磁式继电器缺点，以实现计算机编程控制，增强了控制灵活性与便捷性。但是，在应用过程中，也需要根据情况对其结构加以调整，正视其性能特性，谨慎使用，方可充分发挥固态继电器性能特点，以免其在工作中出现不良故障。
参考文献：
[1]李波,黄国忠.一款车用固态继电器的散热设计与验证[J].仪表技术,2019(09):19-22.
[2]李帅,张秀凤.固态继电器结构可靠性研究与应用[J].电子产品世界,2019,26(08):72-73+64.