欧姆龙固态继电器工作原理Word格式文档下载.docx
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PhotoMOS继电器
日本电气
光MOSFET继电器
冲电气
光MOS开关
冲田制作所
PhotoDMOS-FET继电器
HP
SolidStateRelay
欧姆龙
MOSFET继电器
■SSR的内部电路构成例
负载规格
过零触发功能
绝缘方式
电路构成
型号
交流负载用
有＊1
光电耦合器
G3H
G3B
G3F
G3NA（AC输入）
无
光电三端双向可控硅开关
G3NE
G3J
G3TA-OA
G3PA-VD
G3PB（单相）
G3NA（DC输入）
G3PB-2（N）（三相）＊2
G3PB-3（N）（三相）＊2
G3NA-4□□B型
G3NH
G3PA-4□□B型
G3PB-5□□B型
直流负载用
——
G3FD、G3HD
G3BD
G3TA-OD
G3NA-D
交流·
直流
负载用
光电·
霍尔·
耦合器
G3FM
＊1.过零触发功能
具有过零触发功能的SSR在交流负载电压为零或接近零时动作。
具有过零触发功能的SSR有以下效果。
·
减小负载接通时的爆裂噪声。
在灯、加热器、马达等的负载中由于抑制了接通电流，可以减轻对电源的影响，还可以减小接通电流保护电路。
＊2.200V型的输出开关元件上使用了晶闸管。
固态继电器用语说明
■SSR用语集
固态继电器
用语说明
电路功能
光电三端双向开关耦合器
传送输入信号的同时使输入和输出绝缘。
过零触发电路
（参照144页）
在交流负载电压的零相位附近开始动作的电路。
触发电路
控制开关负载电流的晶闸管开关的触发信号的电路。
缓冲电路
由R、C构成，抑制施加到晶闸管开关等上的急剧启动电压，防止SSR晶闸管开关误启动的电路。
输入
额定电压
输入信号的标准电压。
使用电压
输入信号的容许电压范围。
输入阻抗
输入电路、限制电阻的阻抗。
恒电流输入电路方式随输入电压发生变动。
动作电压
从输出断开状态到接通状态时的输入电压的最小值。
复位电压
从输出断开状态到接通状态时的输入电压的最大值。
输入电流
施加额定电压时流过的电流值。
输出
负载电压
可以在负载开关及连续断开状态下使用的电源电压的有效值。
最大负载电流
在指定的冷却条件（散热片的大小、材质、厚度、环境温度散热条件等）下可以连续流经输出端子的最大电流的有效值。
漏电流
输出处于断开状态，施加指定负载电压时流经输出端子之间的电流。
输出ON电压下降
在指定的冷却条件（散热片的大小、材质、厚度、环境温度散热条件等）下通过最大负荷电流时出现在输出端子之间的电
压的有效值。
最小负载电流
SSR可以正常开关负载的最小负载电流。
性能
动作时间
向输入施加规定的信号电压后，直到输出接通的延迟时间。
复位时间
切断施加到输入上的信号电压后，直到输出断开为止的延迟时间。
绝缘电阻
在输入端子－输出端子之间以及输入输出端子－金属外壳（散热片）之间施加直流电压时的电阻。
耐压
输入端子－输出端子之间以及输入输出端子－金属外壳（散热片）之间可以忍耐1分钟以上的交流电压的有效值。
使用环境温度、湿度
在规定的冷却、输入输出电流条件下SSR可以正常动作使用的环境温度、湿度范围。
保存温度
不施加电压，可以放置保存的温度范围。
其他
接通电流耐量＊
SSR的可流动非反复的电流最大值。
表示商用频率、1周期的波高值。
反向电压
负载开关时、切断时产生的非常急剧的电压。
泄放电阻
为了正常开关极小负载而用于增加视在负载电流，与负载并联的电阻。
＊以往是以「投入电流耐量」来表现的，但这与负载的浪涌电流容易混淆，因此改为「接通浪涌电流耐量」。
固态继电器使用注意事项
■使用SSR前
①实际使用SSR时，有时会发生预想不到的事故。
为此，必须尽可能地进行测试。
例如，考虑SSR特性时，经常必须考虑到各产品的差异。
②有关目录中记载的各额定性能值，如果没有特别指明，则所有值都是在JISC5442标准试验状态（温度15～30℃、相对湿度25～85%RH、气压86～106kPa）下的值。
确认实际设备时，除了负载条件以外，还必须在和实际使用状态相同的条件下确认使用环境。
■关于输入电路
●关于输入侧的接线
SSR的输入阻抗有一定参差，应避免若干个输入的串联连接，否则容易造成误动作。
●关于输入噪声
SSR动作时间及动作所需的功率极小，因此必须控制影响到INPUT端子的噪声。
如果噪声施加到端子，会引起误动作。
以下是针对脉冲性噪声和感应性噪声的对策举例。
①脉冲性噪声
利用C、R吸收噪声非常有效。
下图是针对光电耦合器方式的SSR选择C、R的实例。
为满足SSR的输入电压，在R和电源电压E的关系上确定R的上限。
C变大时，由于C的放电复位时间将变长。
请注意上述2点，确定C、R。
②感应噪声
请不要将输入线路和动力线并排设置。
感应噪声可能导致SSR误动作。
当感应噪声在SSR的输入端子处感生电压时，必须通过绞合线（电磁感应）、屏蔽线（静电感应）将影响SSR输入端子的感应噪声引起的感应电压控制在SSR的复位电压以下。
此外，对高频设备发出的噪声，请附加C、R滤波器。
●关于输入条件
①关于输入电压的纹波
输入电压中有纹波的场合，请将峰值电压设定在使用电压的最大值以下，谷值电压设定在使用电压最小值以上后使用。
②漏电流对策
通过晶体管输出驱动SSR的场合，有时会由于断开时晶体管的漏电流导致复位不良。
作为对策，请如下图所示，连接泄放电阻R，设置加在泄放电阻R两端的电压E在SSR复位电压的1/2以下。
利用下列公式计算泄放电阻R。
R≤E/（IL－I）
E：
加在泄放电阻R两端的电压=SSR复位电压的1/2
IL：
晶体管的漏电流
I：
SSR的复位电流
目录中没有记载SSR复位电流值，因此要按以下公式计算。
SSR的复位电流＝复位电压的最小值/输入阻抗
恒定电流输入电路的SSR（G3NA、G3PA、G3PB等）以0.1mA计算。
下面以G3M-202PDC24为例进行计算。
复位电流I＝1V/1.6kΩ＝0.625mA
泄放电阻值R＝（1V×
1/2）/（IL－0.625mA）
③开关频率
如果是交流负载开关，请将开关频率控制在10Hz下使用，如果是直流负载开关，请将开关频率控制在100Hz以下使用。
如果超出上述开关频率使用，则可能导致SSR的输出跟不上。
④输入阻抗
在输入电压有一定宽度的SSR（如G3F、G3H）中，有些机种的输入阻抗会随着输入电压发生变化，输入电流也随之发生变化。
用半导体等驱动SSR的场合，电压会导致半导体故障，请对设备进行确认后使用。
下面是代表例。
■关于输出电路
●关于交流开关型SSR输出处的噪声、浪涌
SSR使用的交流电源中叠加有能量较大的浪涌电压的场合，由于插入SSR的LOAD端子之间的C、R缓冲电路（内置在SSR中）的抑制能力不足，会超出SSR瞬态峰值电压，导致SSR的过电压破坏。
要测定浪涌在很多情况下都是比较困难的，基本上都是采用增加变阻器。
最终使用阶段可确认没有浪涌的场合除外。
G3NA、G3S、G3PA、G3PB、G3PC、G3NE、G3J、G3NH、G9H、G3DZ、G3RZ、G3FM以外的机种中没有内置浪涌吸收用可变电阻。
请务必在开关感性负载时实施附加浪涌吸收元件等浪涌对策。
下面是附加了浪涌电压吸收元件时的对策举例。
本公司是在以下条件下通过耐冲击电压试验，来确认SSR输出侧耐量的。
可变电阻电压
浪涌耐量
AC100～120V用
240～270V
1000A以上
AC200～240V用
440～470V
AC380～480V用
820～1000V
●关于输出侧的连接
请避免SSR输出侧的并联。
SSR的场合，不可能出现输出侧两头都为ON的情况，因此负载电流不会增加。
●关于直流开关型SSR的输出处的噪声·
浪涌
连接螺线管、电磁阀等负载时，请连接防止反电动势的二极管。
施加超出SSR输出元件耐压的反电动势时，会导致SSR输出元件的破坏。
作为相应措施，可以将表1的元件和负载并联插入。
（参照下图）
吸收元件中，二极管方式是抑制反电动势效果最好的。
但螺线管、电磁阀的复位时间会变长。
请在实际使用电路上确认后使用。
另外，可以使用二极管和齐纳二极管缩短复位时间。
在这种情况下，齐纳二极管的齐纳电压（Vz）越高复位时间越短。
表1吸收元件例
（参考）
①二极管的选择方法
耐电压＝VRM≥电源电压×
2
正向电流＝IF≥负载电流
②齐纳二极管的选择方法
齐纳电压＝VZ＜SSR的集电极发射极之间电压
－（电源电压＋2V）
齐纳浪涌功率＝PRSM＞VZ×
负载电流×
安全率（2～3）
＊如果齐纳电压（Vz）增高，则齐纳二极管的容量（PRSM）将变大。
●关于DC输出型中的AND电路
在以下电路中，请使用G3DZ、G3RZ。
在一般情况下，SSR也可能出现复位不良。
●关于自保持电路
要使用自保持电路时，请利用有接点继电器构成电路。
（SSR中不能组成自保持电路）。
●关于各负载的SSR的选择
下面显示各负载中浪涌电流的实例。
①加热器（阻性负载）
没有浪涌电流的负载。
一般和电压输出的温度控制器组合用于开关加热器。
还可以使用带过零触发功能的SSR，大幅抑制噪声的产生。
但是，该种负载不包括纯金属类、陶瓷类的加热器。
纯金属类、陶瓷类的加热器在常温下电阻值较低，因此SSR中流过过载电流，可能导致SSR破坏。
开关纯金属类、陶瓷类的加热器时，请选择电力调整器（G3PX）的长时间软启动类型或恒定电流类型。
②灯负载
白炽灯、卤素灯等接通电流很大。
（额定电流的约10～15倍）请选择SSR，使得该接通电流的峰值在SSR接通电流耐量的1/2以下。
（参照下图的重复曲线＜虚线＞）
重复施加超出接通电流耐量1/2的接通电流，会导致SSR输出元件的电流破坏。
③马达负载
马达启动时，会有相当于额定电流5～10倍的接通电流流过。
另外，接通电流流通的时间也会变长。
因此，测定实际使用状态下的接通电流及启动时间后，选择SSR使得接通电流的峰值在SSR接通电流耐量1/2以下。
SSR关闭时由于马达发出的反电动势可能会导致SSR的破坏，请实行过电压保护。
④变压器负载
SSR关闭瞬间，10～500ms之内会有10～20倍的励磁电流流过SSR。
如果次级无负载，励磁电流最大。
请选择SSR使得该励磁电流在SSR接通电流耐量1/2以下。
⑤半波整流电路
有些交流用电磁计数器及螺线管内置有二极管，半波整流。
该负载中只加有SSR的输出电压的半波。
为此，在带过零触发功能的SSR中，可能导致无法关闭。
对此，可以采取以下两种方法解决。
1.连接流过SSR负载电流约20%的电流的泄放电阻。
2.使用无过零触发功能的SSR。
但半波整流的制动器线圈的开关则不受此限制，请另行商谈。
⑥全波整流负载
有些交流用电磁计数器及螺线管内置有二极管，全波整流。
这种负载中的负载电流会如下图所示，变为接近于矩形波的波形。
因此，交流用SSR在输出元件中使用晶闸管开关（电路电流不为0，元件不断开），如果负载电流波形为矩形波，可能导致SSR复位不良。
开关全波整流的负载时，请选择-V型或功率MOSFET继电器。
（-V型SSR）
（-V型SSR）G3F-203SL-V、G3H-203SL-V
（功率MOSFET继电器）G3DZ、G3RZ、G3FM
⑦小容量负载
SSR中没有输入信号时，输出（LOAD）处会流过数mA的漏电流IL。
为此，如果该漏电流大于负载的复位电流，会引起复位不良。
请增加SSR开关电流的泄放电阻R和负载并联，以解决问题。
⑧变频器负载
请不要将变频器控制的电源作为SSR的负载电源使用。
变频器控制的波形会变为矩形波，因此dV/dt非常大，会引起SSR误启动，导致复位不良。
在输入处使用变频器控制的电源的场合，只要电源的有效值在SSR的使用电压范围内，就可以使用。
⑨电容性负载
SSR关闭时，电源电压+电容器的电荷电势施加到SSR的两端，因此请选择SSR使得可使用电压在电源电压的2倍以上，同时使得充电电流在SSR接通电流耐量1/2以下。
■关于使用负载电源
1.关于整流的电源
通过全波整流或半波整流将交流电源作为直流负载电源使用时，请设定负载电源的峰值电源不超出SSR使用负载电源的最大值。
在这样的情况下，会变成过电压，导致SSR输出元件破坏。
2.关于交流负载电源的使用频率
关于交流负载电源的使用频率，请控制在47～63Hz。
3.关于交流低电压负载
在SSR的使用负载电压范围的最小值以下使用负载电源时，施加到负载上的电压的损失时间比在SSR使用电压范围内使用负载电源时的时间长。
下图是负载例。
（损失时间A<
B）。
在实际使用时，为了避免该损失时间导致的问题，请确认后使用。
另外，如果负载电压低于触发电压，则SSR不能接通，因此请将负载电压设定在AC75V以上。
（G3PAVD、G3NA-2□□B为AC24V）
4.关于相位控制的交流电源
相位控制的电源不能使用。
■使用环境以及保存环境的注意事项
1.关于使用环境温度
规定的是在并非充满热气的条件下SSR的使用环境温度额定值。
为此，如果是通风、换气等散热条件恶劣、充满热气的环境，则会超出使用环境温度额定值，导致SSR的故障及烧坏。
使用时，请实施散热设计，满足各机种中的“负载电流-环境温度额定值”。
另外，有时会因为环境条件（气候条件、室内空调条件等）及使用条件（密闭盘内安装等）引起SSR的使用环境温度变高，请注意。
2.关于使用环境以及保存环境
请不要在下述场所中使用或保存，会引起故障、误动作、特性劣化。
阳光直接照射的场所。
环境温度超出－20～＋60℃范围的场所。
相对湿度超出45～85%RH的场所，温度急剧变化、会出现结露的场所。
环境温度超出－30～＋70℃范围的场所。
存在腐蚀性气体、易燃性气体的场所。
尘埃、盐分、铁粉较多的场所。
本体上有直接振动、冲击的场所。
水、油、药品等飞散的场所。
3.长期保存SSR时
长期保管时，端子表面受到大气直射，会因氧化等导致端子焊接性劣化。
因此，在实际安装长期保存后的基板时，请先确认焊接状态再使用。
4.关于振动·
冲击
请不要在SSR上施加标准值以上的振动、冲击。
如果施加异常振动、冲击，不但会引起误动作，还会由于SSR内部部件的变形、破损等，引起动作不良。
此外，为使SSR上没有异常的振动，也请在不会受到产生振动的设备（马达等）影响的场所、方法下进行安装。
5.关于溶剂的附着
请避免SSR上附着稀释剂、汽油等溶剂。
溶剂附着会导致标记的消失。
6.关于油的附着
SSR的端子台盖上附着油，会导致盖的白浊或裂纹。
■关于实际操作
1.关于漏电流
即使在没有输入时，SSR也会通过缓冲电路，流过漏电流。
因此，更换SSR、进行配线时，请务必断开输入处以及负载处的电源，确认安全后再操作。
2.关于螺钉紧固转矩
SSR端子松动时，会由于通电时的发热导致SSR烧坏。
请按照下表中的紧固转矩配线。
SSR端子螺钉的紧固转矩
SSR型号
螺钉
建议紧固转矩
G3PC、G32A、插座等
M3.5
0.75～1.18N·
m
G3NA、G3PA-10/20A型
M4
0.98～1.37N·
G3NA、G3PA-40A型
M5
1.57～2.35N·
G3NH-□□75
M6
3.92～4.9N·
G3NH-□150
M8
8.82～9.8N·
注.过度拧紧可能造成螺钉破损，请在上述扭矩范围内进行紧固。
3.关于SSR安装面板的材质
不使用G3NA、G3NE、G3PB散热器，直接安装到控制盘等的面板上的场合，请采用热阻较小的铝制材料或铁板。
这时，请务必在安装面上涂抹散热用硅胶（东芝硅YG6260、信越硅G746等）。
安装热阻较高材质的面板（涂层面板等）的场合，SSR的散热效率会降低，从而导致SSR的输出元件的热损坏。
此外，如果安装到木材等易燃材质上使用，会因SSR的发热引起木材炭化，导致火灾。
4.关于表面连接插座
①安装表面连接插座时，在加工安装孔后，请注意用螺钉紧固，不要有松动。
如果表面安装螺钉有松动，会由于振动、冲击导致插座、SSR和导线脱落。
也有可以一次性安装到35mm宽度DIN导轨上的表面连接插座。
②为了保证SSR和插座的切实连接，请使用固定配件。
如果施加异常的振动、冲击，SSR会从插座上脱落。
5.关于SSR的插拔方向
插拔SSR和插座时，请和插座表面成垂直方向。
如果斜向插拔SSR，可能导致SSR本体端子弯曲，不能插入插座中。
6.关于配线到搭接端子用插座
请参考下表正确安装。
如果配线方法不当，会导致导线脱落。
项目
卷绕
状态
型号名
（位）
使用电线
导线被覆
长度（mm）
有效圈
数（次）
标准端子
（mm）
拉拔力
（kg）
适用
范围
AWG
φ
PY□QN
被覆1圈
21-A
26
0.4
43～44
约6
1×
1
3～8
1-B
22-A
24
0.5
36～37
4～13
2-B
23-A
22
0.65
41～42
4～15
20-B
普通圈
20-A
20
0.8
37～38
1.0×
1.5
5～15
注.PY□QN型使用的电线φ0.65可以卷绕6圈。
PY□QN型使用的电线φ0.8可以卷绕4圈。
7.关于禁止向接线片端子焊接
请不要向G3NE接线片端子焊接导线。
会导致SSR部件的破坏。
8.关于端子切割
请不要用自动切割机切割端子。
用自动切断机等切割端子，会引起内置部件的损伤。
9.使端子变形
请不要强行修正及使用变形的端子。
在这种情况下，如果向SSR施加过大的力，将不能保持初始性能。
10.关于固定配件
安装、拆卸固定配件时，请注意不要使配件变形，也不要使用已经变形的配件。
会导致SSR上被施以强大的力而不能保持特性，或不能获取充足的保持力，且SSR的松动会引起接触不良等故障。
11.关于印刷基板用SSR的焊接
1.请在260℃下5秒内进行SSR的焊接。
但是，关于个别设定条件的机种，请按照个别条件进行焊接。
2.请从SSR材料的适合性出发，使用非腐蚀性的松香系列助焊剂。
12.关于超声波清洗
请不要进行超声波清洗。
如果在安装基板后对SSR进行超声波清洗，会因超声波而产生SSR内部结构共振，导致内置部件的损伤。
固态继电器·
故障检查
固体电路·
继电器Q&
A
Q1:
欲检查SSR的故障，
是否可以用测试器确认SSR的导通？
A1:
不能确认导通。
测试器的导通检查中，由于测试器的内部电路电压、电流较低，无法确认SSR内部所使用的半导体元件（三端双向可控硅开关、晶闸管）的动作。
另外，如下述方法所示，连接负载后，即可进行故障检查。
●测定方法
负载和电源连接的状态下，将输入置于ON·
OFF时测定LOAD端子的电压。
SSR置于OFF时可以输出接近电源电压值的电压、置于ON时可以输出1V左右的电压。
另外，若使用100W左右的灯泡作为模拟负载，即
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