【導讀】固態繼電器（Solid State Relay，簡稱 SSR ）是一種全部由固態電子元件（如半導體器件、電阻、電容等）組成的無觸點開關器件。它利用電子元器件的電、磁和光特性實現輸入與輸出之間的電氣隔離，并通過功率半導體器件（如晶閘管、MOSFET等）的開關特性，來無觸點、無火花地接通和斷開被控電路。簡而言之，SSR是一個用“電信號”控制“大功率負載”的無聲開關。

固態繼電器（Solid State Relay，簡稱 SSR ）是一種全部由固態電子元件（如半導體器件、電阻、電容等）組成的無觸點開關器件。它利用電子元器件的電、磁和光特性實現輸入與輸出之間的電氣隔離，并通過功率半導體器件（如晶閘管、MOSFET等）的開關特性，來無觸點、無火花地接通和斷開被控電路。簡而言之，SSR是一個用“電信號”控制“大功率負載”的無聲開關。

工作原理：四步剖析

SSR的工作原理可以清晰地分解為四個步驟，下圖展示了信號的完整流通過程：

1. 信號輸入：來自控制系統的微弱直流或交流信號（如3-32V DC）接入SSR的入端。該信號用于驅動SSR內部的光電耦合器或變壓器。

2. 電氣隔離與耦合：這是SSR的關鍵環節。光電耦合是最常見的方式，它通過內部的紅外LED發光，光敏元件感光，從而實現輸入和輸出之間完全的電氣隔離，防止高壓干擾損壞低壓控制電路。另一種方式是變壓器耦合。

3. 輸出開關：耦合后的信號觸發輸出端的功率半導體開關。對于交流負載，通常使用雙向可控硅或兩個反并聯的單向可控硅；對于直流負載，則使用功率晶體管或MOSFET。

4. 負載控制：輸出開關器件直接接通或斷開主回路電源，從而控制負載（如電機、加熱管）的工作狀態。

值得一提的是，交流SSR有過零型和隨機型（瞬時型） 之分。過零型SSR在檢測到交流電壓過零（或附近）時才導通，能有效抑制浪涌電流和射頻干擾；而隨機型則在接收到信號瞬間立即導通，適用于需要快速相位控制的場合。

核心特性與優勢

與傳統的電磁繼電器（EMR）相比，SSR的優勢和不足都源于其“全固態”和“無觸點”的設計。

SSR的核心優勢：

• 高壽命與可靠性：無機械運動部件，不存在觸點磨損、氧化或粘連問題，壽命可達數十萬次以上，特別適用于高頻次開關的場景。

• 無聲運行與抗干擾：工作完全靜音，且大多數交流SSR為過零導通，減少了電流突變，電磁干擾（EMI）小。

• 極高的開關速度：響應時間在微秒級，比EMR（毫秒級）快數百倍，能滿足高速自動化設備的控制需求。

• 良好的環境適應性：防潮、防霉、防腐蝕，能承受高沖擊、高振動的惡劣環境。

SSR的主要不足：

• 導通壓降與發熱：導通時半導體器件本身存在壓降（1-2V），會產生焦耳熱，必須考慮散熱設計，大功率SSR需配裝散熱器甚至風扇。

• 關斷漏電流：關斷后仍有微安至毫安級的漏電流，無法實現完全理想的電氣隔離。

• 成本與過載敏感性：制造成本高于同容量EMR，且承受過電流和浪涌電流的能力較差，必須加強保護電路。

應用領域

SSR憑借其獨特優勢，在以下領域大放異彩：

• 工業自動化：PLC輸出模塊、數控設備、機器人控制系統中，用于頻繁通斷的電機、電磁閥控制。

• 電力與能源：在無功補償、電源切換及光伏、儲能系統的充放電控制中發揮作用。

• 樓宇自動化：中央空調控制系統、智能照明調光。

• 家電與消費電子：高端電烤箱、咖啡機、3D打印機加熱床等需要精密溫控的設備。

選型與適配指南

正確選型和安裝是確保SSR穩定工作的關鍵。以下是一個簡明的選型適配檢查流程：

1. 確認負載特性：

這是選型的第一步，也是最重要的一步。

• 阻性負載（如加熱管）：電流較穩定，選型最簡便。

• 感性負載（如電機、電磁閥）：關斷時會產生極高的反向電動勢，必須選擇具備更高瞬態電壓承受能力（dv/dt） 的繼電器，并搭配RC吸收回路或壓敏電阻（MOV） 進行保護。

• 容性負載（如開關電源）：上電瞬間會產生極大的浪涌電流，需要選擇能承受此沖擊的SSR。

  
  

2. 計算電流與降額：

選擇SSR的額定電流時，必須考慮浪涌電流和散熱條件。應遵循降額原則，即選取的SSR額定電流應大于負載的穩態電流，并為可能的浪涌留出余量。例如，控制單相電機時，推薦降額至額定電流的12%-24%使用。在環境溫度較高（如>40℃）時，還需進一步降額。

3. 散熱設計：

SSR的負載能力與環境溫度密切相關。

• 10A以上的SSR必須安裝散熱器。

• 40A以上的SSR需要配備散熱器并加強制風冷（風扇）。

• 安裝時在SSR底座與散熱器接觸面涂抹導熱硅脂，以確保良好的熱傳導。

4. 設計保護電路：

為保護SSR免受過流和過壓沖擊，必須在回路中增加保護器件。

• 過流保護：使用快速熔斷器，而非普通保險絲。

• 過壓保護：尤其在控制感性負載時，在SSR輸出端并聯壓敏電阻（MOV），其電壓值選取為負載電源電壓峰值的1.6-1.9倍。

國內外主流品牌對比

下表對市場上主流的固態繼電器品牌進行了對比，可供選型參考。

結語

固態繼電器作為連接弱電控制與強電負載的關鍵橋梁，以其長壽命、高可靠、快響應等核心優勢，已成為現代工業自動化、能源管理和智能控制系統中不可或缺的元件。工程師在選型時，必須深刻理解其工作原理，綜合考慮負載特性、散熱條件和保護電路，才能充分發揮SSR的性能，構建出穩定而高效的控制系統。

推薦閱讀：

11.25深圳見！半導體“最強大腦”齊聚，解密AI與物理世界交互

SiC功率模塊的“未病先防”：精確高溫檢測如何實現車載逆變器主動熱管理

第106屆電子展開幕，600+企業齊聚上海秀硬科技，打造全球未來產業新高地

光電耦合器的進階：全面了解光繼電器技術與選型策略

直面SSD掉電風險！帝奧微DIO60843集成3Ω快速放電守護數據安全