电子 元 器 件的可靠性应由两部分组成，一是元器件的固有可靠性;二是元器件的使用可靠性。固有可靠性是元器件可靠性的基础，主要靠元器件制造商从设计、制造等方面进行有效的控制。使用可靠性则是从使用入手，保证和提高元器件的可靠性，使其满足整机系统的可靠性要求。元器件的固有可靠性是整机可靠性的基础，没有高可靠质量等级的元器件，就不可能制造出高可靠的电子设备。但有了高可靠质量等级的元器件并不一定能制造出高可靠的整机，因这里面有一个使用可靠性的问题。所谓使用可靠性，就是根据各种元器件的特性，利用可靠性设计技术，对元器件实现合理选则和降额使用，采用容差、漂移、抗振、抗热、三防、抗幅射、维修性、电磁兼容及人机工程设计等，{zd0}限度的发挥元器件固有可靠性的作用，以达到整机系统的可靠性要求。

固态 继 电 器，(SolidS tateR elay简写成SSR)，是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件，它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性，内部无任何机械运动的零部件，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，因此又被称为无触点开关。从功能上来说，SSR是一种控制元件，从原理和结构上来说，SSR是一种电子电路组件。SSR按使用场合可以分成交流型和直流型两大类，它们分别在交流或直流电源上做负载的开关，不能混用。本文主要对交流SSR的可靠性应用问题进行一些探讨。

1.交流SSR的结构与原理
1. 1交流SSR的结构

交流 S SR 是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件。其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端，中间采用“光电”控制方式实现输入输出之间电气隔离.在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态(无信号时呈阻断状粉，从而控制较大负载。整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。常用SSR的结构组成框图如图1所示。固体继电器的输入电路是固体继电器的触发信号源。固体继电器的输入电路多为直流输入，个别的为交流输入。直流输入电路又分为阻性输入和恒流输入。阻性输入电路的输入控制电流随输入电压呈线性的正向变化。恒流输入电路，在输入电压达到一定值时，电流不再随电压的升高而明显增大，这种继电器可适用于相当宽的输入电压范围。固体继电器的驱动电路可以包括隔离祸合电路、功能电路和触发电路三部分。隔离祸合电路，目前多采用光电祸合器和高频变压器两种电路形式。常用的光电祸合器有光一三极管、光一双向可控硅、光一二极管阵列(光一仍等。高频变压器祸合，是在一定的输入电压下，形成约10M-Iz的自激振荡，通过

变压器磁芯将高频信号传递到变压器次级。功能电路可包括检波整流、过零、加速、保护、显示等各种功能电路。触发电路的作用是给输出器11提供触发信号。固体继电器的输出电路是在触发信号的控制下，实现固体继电器的通断切换。输出电路主要由输出器件(芯片)和起瞬态抑制作用的吸收回路组成，有时还包括反馈电路。目前，各种固体继电器使用的输出器件主要有晶体三极管、单向可控硅、双向可控硅、MOs场效应管、绝缘栅型双极晶体管等。图2给出了几种国内、外常见的SSR的外形。

1. 2交流SSR的原理
交流 型 的 SSR原理框图如图3所示，A和B是SSR的两个输入端，C和D是两个输出端，工作时只要在A, B上加上一定的控制信号，就可以控制C, D两端之间的“通”和“断”，实现“开关”的功能，其中祸合电路的功能是既为A, B端输入的控制信号提供一个输入/输出端之间的通道，又在电气上使SSR的输入端和输出端之间实现隔离，以防止输出端对输入端的影响，这里的祸合电路采用的是“光祸合器”，它动作灵敏、响应速度高、输入/输出端间的绝缘(耐压)等级高;由于输入端的负载是发光二极管，这使SSR的输入端很容易做到与输入信号电平相匹配，在使用可直接与计算机输出接口相接，即受1与0的逻辑电平控制。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作，但由于开关电路在不加特殊控制电路时，将产生射频干扰并以

高次谐波或尖峰等污染电网，为此特设“过零控制”电路。所谓过零是指，当加入控制信号，交流电压过零时，SSR即为通态;而当断开控制信号后，SSR要等待交流电的正半周与负半周的交界点(零电位)时，SSR才为断态.这种设计能防止高次谐波的干扰和对电网的污染。吸收电路是为防止从电源中传来的尖峰、浪涌(电,E)对开关器件双向可控硅管的冲击和干扰(甚至误动作)而设计的，一般是用R{ 串联吸收电路或非线性电阻(压敏电阻器)。

2.交流SSR的主要特点

SSR 问世 于 70年代，由于它的无触点工作特性，使其在许多领域的电控及计算机控制方面得到日益广范的应用。具有工作可靠、寿命长，对外界干扰小，能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快和使用方便等一系列优点，因而具有很宽的应用领域，由于交流型SSR采用过零触发技术，因而可以安全地应用在计算机输出接口上，不必为在接口上采用电磁继电器而产生的一系列对计算机的干扰而烦恼。固体继电器是具有隔离功能的电子开关，是由半导体器件和无源元件组成.利用光电子和微电子技术实现控制电路(输入端)与负载电路(输出端)之间的电祸合和电隔离，无任何可动部件。固体继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有与逻辑电路兼容、开关速度快、输出接通电阻稳定、抗干扰能力强、对外界干扰小、寿命长、工作可靠性高等突出的特点。

2. 1适用的输入电压范围宽，输入功率小
在 SS R中 由于光祸合器的应用，所需的工作电平可以和T，TL,H TL,C MOS等常用集成电路的逻辑电路兼容，可以实现直接联接，适用的输入电压范围宽，为3V^-32V;成功地实现了用直流弱电信号对交流强电(输出端负载电压)的控制，使控制信号输入电流小(固体继电器的典型值为7mA，最小的仅需0.25 mA);所需的输入激励功率极低(仅十余毫瓦就可正常工作，灵敏型只需儿百微瓦)，这使SSR在数控和自控设备等方面得到广泛应用。

2. 2 开关速度决，输出接通电阻稳定

固体 继 电 器的转换速度多为几十到儿百微秒，最快的十儿微秒，除交流固体继电器需半周过零切换外，{zd0}的约几毫秒。固体继电器的输出接通电阻多为几十毫欧姆，最小的已低于几个毫欧姆。

无因 机 械 和电磨损造成的接触不良，输出接通电阻稳定，输出电路在100V下的断态漏电流
已低于0.1A ,等效的绝缘电阻已超过108Q 。

2. 3 抗干扰能力强，对外界干扰小
固体 继 电 器输入输出间采用光电或变压器隔离，避免了输出对输入逻辑电路的影响，输出电路具有较高的抗脉冲电流的过负载能力和瞬间电压耐量。固体 继 电 器的输入电流很小，无电磁继电器输入线圈在关断时的数百伏甚至几千伏的反电动势;输出电路不存在由于触点抖动、回路和电弧火花所引发的电磁干扰和射频干扰.

2. 4 器件寿命长，工作可靠性高
固体 继 电 器没有任何可动的机械部件，工作中也没有任何机械动作，因而没有触点的机械和电磨损，它的寿命就是半导体器件的寿命，所以固体继电器在额定负载下的电寿命一般可达108-10"次动作。固体继电器不存在触点回跳、抖动，因此其输出信号不会引发逻辑电路多次动作;无活动部件，采用密封结构，无动作噪声;耐振耐机械冲击;安装位置无限制:很容易用绝缘防水材料灌封做成全密封形式，而且具有良好的防潮防霉防腐性能;在防爆和防止臭氧污染方面的性能也{jj0}。具有耐恶劣的机械和气候环境的能力。固体继电器具有高可靠工作的先天条件，只要选择和使用正确，就会实现应用的高可靠。

3. SSR的适用范围
交流 S SR 的上述这些特点使其可在现代国防、现代工业和各类民用电控设备的应用中大显身手，具有]“泛用途。
3. 1应用于现代军事装备和武器系统
如: 各 类 军舰(船)、各类坦克、自动火炮、各类飞机、导弹(火箭)发射控制系统等。
3. 2应用于各类广播、通信、雷达导航系统
如: 电 视 发射台、电视信号差转台、调频/调幅广播电台、寻呼机、传真机、公用计费电话机、多功能台式电话机、局用电话交换机、便携电话基站、网络终端机、光缆终端机、祯中继、卫星接收机、各类雷达、无线电导航等设备。
3. 3应用于各类计算积刃讲目关配翻变备
如: 台 式 计算机、笔记本计算机、电子记事本、扫描仪、打印机、绘图仪、复印机、卡用MODEM、硬盘驱动器等计算机外围接口装置及其配套部件。
3. 4 应用于自动化检测仪器
如: 零 点 自动补偿仪、自动选程测试仪、多点记录仪、IC测试仪、半导体特性试验设备、电缆测试仪、液晶试验设备、蓄电池充放电试验设备等测试仪器。

3. 5应用于工业控制设备
如: 喷 射 成型机、机器人控制、无人搬运车、可编程控制器、传感器驱动器、电源切换、过程控制、电流输出变换、恒温器和电阻炉控制、交流电机控制、中间继电器和电磁阀控制、信号灯交通灯和闪烁器控制、照明和舞台灯光控制、数控机械遥控系统、自动消防和保安系统、大功率可控硅触发和工业自动化装置等。
3. 6应用于现代化医疗设备
如: xxx 机、X射线仪、心电图仪、脑电波仪、CT扫描仪、核磁共振诊断仪、超声波诊断仪、重症监护仪等医疗设备。
3. 7应用于现代化生活设施
如: 电 、 气、水、暖等设备的自动检测系统、电力测量仪、停电自动恢复装置、故障线路切换、防盗、防火、报警设备等公用设施。
3. 8应用于现代家电设备
如: 电 炊 具(电饭锅、电炒锅、电火锅等)、电冰箱(冰柜)、空调机、电热水器、电磁灶具、全自动洗衣机、声频设各、数字化录像机、电视游戏机、多媒体电视等消费类产品。

4.使用SSR时在可靠性设计上需要注意的若干问题
要最 大 限 度的发挥SSR元件固有可靠性的作用，必须根据SSR元件的特性，利用可靠性设计技术，对此类元件进行合理选则和降额使用，以达到整机系统的可靠性和稳定性要求，笔者认为应重点注意以下几点问题。

4. 1控制器件的发热
SSR 在 导 通时，元件将承受热耗散功率是P(耗)=V(饱和压降)X工(有效值工作电流)。SSR对温度的敏感性很强，工作蠕度超过标称值后，必须降热或外加散热器，此时，需依据实际工作环境条件，严格参照额定工作电流时允许的外壳温升(750C)，合理选用散热器尺寸或降低电流使用，否则将因过热引起失控，甚至造成SSR器件损坏。在30A以下配散热器，可采用自然风冷，若连续负载电流大于30A时，{zh0}采用仪器风扇强制风冷。

4. 2封装和安装形式
SSR 通 常 有卧式W型、立式Ll型，体积小适用于印制板直接焊接安装。立式L2型，既合豁置合于线路板焊接安装，也能适用于线路板上插接安装。K型及F型，适合散热器及仪器底板安装。大功率SSR (K型和F型封装)安装时，应注意散热器接触面应平整，并需涂复导热硅脂(先锋T-50)。安装力矩愈大，接触热阻愈小。大电流引出线，需配冷压焊片，以减少引出线接点电阻。

4. 3 输入端驱动
SSR 按 输 入控制方式，可分为电阻型、恒流源和交流输入控制型。较常用的是与5VT TL电平兼容的电阻输入型。使用其他控制电压时，可相应选用限流电阻。SSR输入属于电流型器件，当输入端光祸可控硅xx导通后，再触发大功率可控硅导通。当激励不足S余E波式的触发电压，有可育b查成大功率可控硅处于临界导通边缘，并造成主负载电流流经触发回路引起的损坏。国外厂商提供的器件标准电流为10MA，考虑到全温度工作范围(-40^-+70'C)，发光效率稳定和抗干扰能力，推荐{zj0}直流触发工作电流在12^-25mA之间。SSR的输入端可并联或串联驱动。串联使用时，一个SSR应按4V电压考虑，12V电压可驱动3个SSR.

4. 4 过流了过压保护
较常 用 的 过电流保护方法是快速熔断器和空气开关，快速熔断器可按额定工作电流的1.2倍选择，一般小容量可选用保险丝。负载短路往往是造成SSR产品损坏的主要原因，应特别引起注意。对于感性及容性负载，除SSR内部的RC电路保护外，建议采用压敏电阻并联在输出端，作的为组合保护。金属氧化锌压敏电阻(MOV)面积大小决定吸收功率，厚度决定保护电压值。交流220V SSR，宜选用MYH12, 430V, 12的压敏电阻;380V的SSR，宜选用MYH12, 750V压敏电阻;对于容量较大的电机以及变压器，则应选用MYH20, 24通流容量大的压敏电阻。
4. 5.关于对SSR元件的降额使用
对 SS R元 件的降额使用，是指根据不同负载条件，在选用SSR元件时，对其额定输出电流和额定工作电压的确认上留出一定的富余量，实践证明，这样可使SSR元件的使用可靠性成倍提高。
4. 5. 1额定输出电流和浪涌电流
额定 输 出 电流是指在给定条 I}下 (环境温度、额定电压、功率因素、有无散热器等)所能承受{zd0}电流的有效值。浪涌电流是指在给定条件下(环境温度、额定电压、额定电流和持续的时间常不会造成{yj}性损坏所允许的{zd0}非重复性峰值电流。

4. 5. 2 ILA中负载条件下SSR元件的降额使用
由于 S SR 能承受在数值上可达额定电流数倍的浪涌电流，因此，SSR对一般的负载应是没有问题的，但也必须考虑一些特殊的负载条件，以避免过大的冲击电流和过电压，对器件性能造成不必要的损坏。白炽灯、电炉等类的“冷阻”特性，造成开通瞬间的浪涌电流，超过额定工作电流值数倍。一般普通型SSR，可按照电流值的2/3选用。增强型SSR，可按厂商提供的参数选用。在恶劣条件下的工业控制现场，建议留有足够的电压、电流余量。某些类型的灯，在烧断瞬间会出现低阻抗.气化和放电通道以及容性负载，如切换电容器组或电容器电源，会造成类似短路状态。可在线路中进一步串联电阻或电感，作为限流措施。对于负载为感应电机，所选SSR的额定电流值应为电机运转电流的2--4倍，SSR的浪涌电流值应为额定电流的10倍。中间继电器、电磁阀吸合不可靠时引起的抖训眯又及电容换向式电机换向时，电容电压和电源电压的叠加会在SSR两端产生二倍电源的浪涌电压。控制变压器初级时，也应考虑次级线路上的瞬态电压对初级的影响。此外，变压器也有可能因为两个方向电流不对称，造成饱和引起的浪涌电流异常现象，所选额定输出电压必须大于两倍电源电压值，而且所选产品的阻断(击穿)电压应高于负载电源电压峰值的两倍。如在电源电压为交流220V、一般的小功率非阻性负载的情况下，建议选用额定电压为400V-600V的SSR产品;但对于频繁启动的单相或三相电机负载，建议选用额定电压为600V-800V的SSR产品。

5. 结束语
如前 所 述 ，不难看出SSR的性能与普通电磁式继电器相比有着很多的优点，特别是其电气隔离的控制方式，使得计算机编程控制的实现更加方便、灵活。但SSR也存在一些弱点，如:存在有导通电阻、通态压降、断态漏电流;易受温度和辐射的影响;发热严重时易损坏;灵敏度高，易产生误动作;截止时存在漏电阻，不能使电路xx分开;在需要联锁、互锁的控制电路中，必须增设的保护电路会使系统成本上升、体积增大等。随着微电子技术、电子计算机技术、通信技术、光电技术、xx电子装备系统及宇航技术的飞速发展，对SSR的性能及使用可靠性也提出了更高的要求。因此，在选择和使用SSR元件时，必须对其独特的性能参数全面、正确的理解和认真分析，{zd0}限度的发挥SSR元件固有可靠性的作用，确保SSR无故障的工作，才有可能达到整机系统可靠性、稳定性的要求。