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技術文章

歐姆龍固態繼電器工作原理

點擊次數：9177 發布時間：2010-10-29

■固態·繼電器（SSR）的定義
●SSR和有接點繼電器的不同
所謂SSR，是固態繼電器（Solid State Relay）的簡稱，是無可動接點部分的繼電器（無接點繼電器）。在動作上與有接點繼電器相同，但是該繼電器使用半導體閘流管、晶閘管開關元件、二極管、晶體管等半導體開關元件。另外也使用名為光電耦合器的光半導體，使其輸入輸出絕緣。光電耦合器的特點是用光的信號在絕緣空間中進行傳送，所以絕緣性更好，傳送速度也更快。
SSR是用無接點的電子零件制造的，比有接點的有很多優點。其中zui大的優點是，不會像有接點繼電器一樣因開關而損耗接點。
特別是：
●可以對應高速、高頻率開關 ●沒有接觸不良 ●發生干擾小 ●沒有動作音等，適用于廣泛的領域。

固態繼電器（SSR）的構成

固態繼電器（SSR）（交流負載開關的代表示例）

電磁繼電器（EMR:Electro Magnetic Relay）
向線圈施加輸入電壓，使其發生電磁力，移動可動鐵片，從而切換接點。不僅可在控制柜上使用，還可用于其他范圍。而且原理簡單可低成本加工。

●SSR的控制（ON/OFF控制、循環控制、相位控制）
ON/OFF控制接受溫控器的電壓輸出信號，通過開關SSR來控制加熱器的ON/OFF。在電磁繼電器中也可進行相同的控制，但是以數秒間隔控制ON/OFF，使用數年時需要SSR。
循環控制（G32A-EA）以0.2秒（固定）為控制周期。其方式是使其在0.2秒內ON/OFF，從而控制輸出電力。
接受溫控器的電流輸出4~20mA來控制。

循環控制中的注意點
進行循環控制時，每秒鐘接通電源5次（控制周期為 0.2S）。
由于變壓器負載中的接通電流非常大（通常電流的10倍左右）
（1）SSR的額定沒有余量導致SSR的破壞。
（2）負載電路上的斷路器發生觸發。
可能出現以上情況。因此，循環控制中不能進行變壓器一次側的電力控制。

相位控制接受溫控器的電流輸出4～20mA的信號，使輸出量每半循環發生變化。可進行高精度的溫度控制，多用于半導體制造裝置中。

●MOS FET繼電器的構成和動作原理
MOS FET繼電器是在輸出元件中使用功率MOS FET的SSR。為使功率MOS FET動作，光電二極管陣列作為受光元件使用。輸入端子中有電流流過時， LED會發光。這個光使光電二極管陣列中發生光電流，這使柵極電壓使功率MOS FET置于ON。用源共通連接2個功率MOS FET，可控制AC負載。DC的類型中有帶1個電源 MOS FET的類型。

信號用MOS FET繼電器G3VM不含變阻器。
●MOS FET繼電器的名稱
該商品為新型商品，在各個公司有各種名稱、商標。下表表示信號用（相當于G3VM）的示例。

廠商名	樣本上的名稱
東芝	光繼電器
松下電工	Photo MOS繼電器
日本電氣	光MOSFET繼電器
沖電氣	光MOS開關
沖田制作所	Photo DMOS-FET繼電器
HP	Solid State Relay
歐姆龍	MOS FET繼電器

■SSR的內部電路構成例

負載規格	過零觸發功能	絕緣方式	電路構成	型號
交流負載用	有＊1	光電耦合器		G3H G3B G3F G3NA（AC輸入）
	無	光電三端雙向可控硅開關		G3NE G3J G3F G3H G3TA-OA
	有＊1	光電三端雙向可控硅開關		G3PA-VD G3PB（單相） G3NA（DC輸入） G3NE
	有＊1	光電三端雙向可控硅開關		G3PB-2（N）（三相）＊2
	有＊1	光電三端雙向可控硅開關		G3PB-3（N）（三相）＊2
	有＊1	光電耦合器		G3NA-4□□B型 G3NH G3PA-4□□B型 G3PB-5□□B型
直流負載用	——	光電耦合器		G3FD、 G3HD G3BD G3TA-OD G3NA-D
交流·直流負載用	無	光電·霍爾·耦合器		G3FM

＊1. 過零觸發功能
具有過零觸發功能的SSR在交流負載電壓為零或接近零時動作。
具有過零觸發功能的SSR有以下效果。
·減小負載接通時的爆裂噪聲。
·在燈、加熱器、馬達等的負載中由于抑制了接通電流，可以減輕對電源的影響，還可以減小接通電流保護電路。
＊2. 200V型的輸出開關元件上使用了晶閘管。

固態繼電器用語說明

■SSR用語集

固態繼電器		用語說明
電路功能	光電耦合器光電三端雙向開關耦合器	傳送輸入信號的同時使輸入和輸出絕緣。
	過零觸發電路（參照144頁）	在交流負載電壓的零相位附近開始動作的電路。
	觸發電路	控制開關負載電流的晶閘管開關的觸發信號的電路。
	緩沖電路	由R、C構成，抑制施加到晶閘管開關等上的急劇啟動電壓，防止SSR晶閘管開關誤啟動的電路。
輸入	額定電壓	輸入信號的標準電壓。
	使用電壓	輸入信號的容許電壓范圍。
	輸入阻抗	輸入電路、限制電阻的阻抗。恒電流輸入電路方式隨輸入電壓發生變動。
	動作電壓	從輸出斷開狀態到接通狀態時的輸入電壓的zui小值。
	復位電壓	從輸出斷開狀態到接通狀態時的輸入電壓的zui大值。
	輸入電流	施加額定電壓時流過的電流值。
輸出	負載電壓	可以在負載開關及連續斷開狀態下使用的電源電壓的有效值。
	zui大負載電流	在的冷卻條件（散熱片的大小、材質、厚度、環境溫度散熱條件等）下可以連續流經輸出端子的zui大電流的有效值。
	漏電流	輸出處于斷開狀態，施加負載電壓時流經輸出端子之間的電流。
	輸出ON電壓下降	在的冷卻條件（散熱片的大小、材質、厚度、環境溫度散熱條件等）下通過zui大負荷電流時出現在輸出端子之間的電壓的有效值。
	zui小負載電流	SSR可以正常開關負載的zui小負載電流。
性能	動作時間	向輸入施加規定的信號電壓后，直到輸出接通的延遲時間。
	復位時間	切斷施加到輸入上的信號電壓后，直到輸出斷開為止的延遲時間。
	絕緣電阻	在輸入端子－輸出端子之間以及輸入輸出端子－金屬外殼（散熱片）之間施加直流電壓時的電阻。
	耐壓	輸入端子－輸出端子之間以及輸入輸出端子－金屬外殼（散熱片）之間可以忍耐1分鐘以上的交流電壓的有效值。
	使用環境溫度、濕度	在規定的冷卻、輸入輸出電流條件下SSR可以正常動作使用的環境溫度、濕度范圍。
	保存溫度	不施加電壓，可以放置保存的溫度范圍。
其他	接通電流耐量＊	SSR的可流動非反復的電流zui大值。表示商用頻率、1周期的波高值。
	反向電壓	負載開關時、切斷時產生的非常急劇的電壓。
	泄放電阻	為了正常開關極小負載而用于增加視在負載電流，與負載并聯的電阻。

＊以往是以「投入電流耐量」來表現的，但這與負載的浪涌電流容易混淆，因此改為「接通浪涌電流耐量」。

固態繼電器使用注意事項

■使用SSR前
①實際使用SSR時，有時會發生預想不到的事故。為此，必須盡可能地進行測試。例如，考慮SSR特性時，經常必須考慮到各產品的差異。
②有關目錄中記載的各額定性能值，如果沒有特別指明，則所有值都是在JIS C5442標準試驗狀態（溫度15～30℃、相對濕度25～ 85%RH、氣壓86～106kPa）下的值。確認實際設備時，除了負載條件以外，還必須在和實際使用狀態相同的條件下確認使用環境。
■關于輸入電路
●關于輸入側的接線
SSR的輸入阻抗有一定參差，應避免若干個輸入的串聯連接，否則容易造成誤動作。
●關于輸入噪聲
SSR 動作時間及動作所需的功率極小，因此必須控制影響到 INPUT端子的噪聲。如果噪聲施加到端子，會引起誤動作。以下是針對脈沖性噪聲和感應性噪聲的對策舉例。
①脈沖性噪聲
利用C、R吸收噪聲非常有效。下圖是針對光電耦合器方式的 SSR選擇C、R的實例。

為滿足SSR的輸入電壓，在R和電源電壓E的關系上確定R的上限。
C變大時，由于C的放電復位時間將變長。
請注意上述2點，確定C、R。

②感應噪聲
請不要將輸入線路和動力線并排設置。感應噪聲可能導致SSR 誤動作。當感應噪聲在SSR的輸入端子處感生電壓時，必須通過絞合線（電磁感應）、屏蔽線（靜電感應）將影響SSR輸入端子的感應噪聲引起的感應電壓控制在SSR的復位電壓以下。
此外，對高頻設備發出的噪聲，請附加C、R濾波器。

●關于輸入條件
①關于輸入電壓的紋波
輸入電壓中有紋波的場合，請將峰值電壓設定在使用電壓的zui大值以下，谷值電壓設定在使用電壓zui小值以上后使用。

②漏電流對策
通過晶體管輸出驅動SSR的場合，有時會由于斷開時晶體管的漏電流導致復位不良。作為對策，請如下圖所示，連接泄放電阻R，設置加在泄放電阻R兩端的電壓E在SSR復位電壓的1/2以下。

利用下列公式計算泄放電阻R。
R≤ E/（IL－I）
E ：加在泄放電阻R兩端的電壓=SSR復位電壓的1/2
IL ：晶體管的漏電流
I ： SSR的復位電流
目錄中沒有記載SSR復位電流值，因此要按以下公式計算。
SSR的復位電流＝復位電壓的zui小值/輸入阻抗
恒定電流輸入電路的SSR（G3NA、G3PA、G3PB等）以0.1mA 計算。
下面以G3M-202P DC24為例進行計算。
復位電流 I＝1V/1.6kΩ ＝0.625mA
泄放電阻值 R＝（1V×1/2）/（IL－0.625mA）
③開關頻率
如果是交流負載開關，請將開關頻率控制在10Hz下使用，如果是直流負載開關，請將開關頻率控制在100Hz以下使用。
如果超出上述開關頻率使用，則可能導致SSR的輸出跟不上。
④輸入阻抗
在輸入電壓有一定寬度的SSR （如G3F、G3H）中，有些機種的輸入阻抗會隨著輸入電壓發生變化，輸入電流也隨之發生變化。用半導體等驅動SSR的場合，電壓會導致半導體故障，請對設備進行確認后使用。
下面是代表例。

■關于輸出電路
●關于交流開關型SSR輸出處的噪聲、浪涌
·SSR 使用的交流電源中疊加有能量較大的浪涌電壓的場合，由于插入SSR的LOAD端子之間的C、R緩沖電路（內置在SSR 中）的抑制能力不足，會超出SSR瞬態峰值電壓，導致SSR的過電壓破壞。
要測定浪涌在很多情況下都是比較困難的，基本上都是采用增加變阻器。zui終使用階段可確認沒有浪涌的場合除外。
·G3NA、G3S、G3PA、G3PB、G3PC、G3NE、G3J、G3NH、 G9H、G3DZ、G3RZ、G3FM以外的機種中沒有內置浪涌吸收用可變電阻。請務必在開關感性負載時實施附加浪涌吸收元件等浪涌對策。
·下面是附加了浪涌電壓吸收元件時的對策舉例。
本公司是在以下條件下通過耐沖擊電壓試驗，來確認SSR輸出側耐量的。

使用電壓	可變電阻電壓	浪涌耐量
AC100～120V用	240～270V	1000A以上
AC200～240V用	440～470V
AC380～480V用	820～1000V

●關于輸出側的連接
請避免SSR輸出側的并聯。SSR的場合，不可能出現輸出側兩頭都為ON的情況，因此負載電流不會增加。
●關于直流開關型SSR的輸出處的噪聲·浪涌
連接螺線管、電磁閥等負載時，請連接防止反電動勢的二極管。施加超出SSR輸出元件耐壓的反電動勢時，會導致SSR輸出元件的破壞。作為相應措施，可以將表1的元件和負載并聯插入。（參照下圖）

吸收元件中，二極管方式是抑制反電動勢效果的。但螺線管、電磁閥的復位時間會變長。請在實際使用電路上確認后使用。另外，可以使用二極管和齊納二極管縮短復位時間。在這種情況下，齊納二極管的齊納電壓（Vz）越高復位時間越短。

表1 吸收元件例

（參考）
①二極管的選擇方法
    耐電壓＝VRM≥電源電壓×2
    正向電流＝IF≥負載電流
②齊納二極管的選擇方法
    齊納電壓＝VZ＜SSR的集電極發射極之間電壓
    －（電源電壓＋2V）
    齊納浪涌功率＝PRSM＞VZ×負載電流×安全率（2～3）
＊如果齊納電壓（Vz）增高，則齊納二極管的容量（PRSM）將變大。

●關于DC輸出型中的AND電路
在以下電路中，請使用G3DZ、G3RZ。在一般情況下， SSR也可能出現復位不良。

●關于自保持電路
要使用自保持電路時，請利用有接點繼電器構成電路。
（SSR中不能組成自保持電路）。
●關于各負載的SSR的選擇
下面顯示各負載中浪涌電流的實例。

①加熱器（阻性負載）
沒有浪涌電流的負載。一般和電壓輸出的溫度控制器組合用于開關加熱器。還可以使用帶過零觸發功能的SSR，大幅抑制噪聲的產生。
但是，該種負載不包括純金屬類、陶瓷類的加熱器。純金屬類、陶瓷類的加熱器在常溫下電阻值較低，因此SSR中流過過載電流，可能導致SSR破壞。
開關純金屬類、陶瓷類的加熱器時，請選擇電力調整器（G3PX）的長時間軟啟動類型或恒定電流類型。

②燈負載
白熾燈、鹵素燈等接通電流很大。（額定電流的約10～15倍）請選擇SSR，使得該接通電流的峰值在SSR接通電流耐量的1/2 以下。（參照下圖的重復曲線＜虛線＞）
重復施加超出接通電流耐量1/2的接通電流，會導致SSR輸出元件的電流破壞。

③馬達負載
馬達啟動時，會有相當于額定電流5～10倍的接通電流流過。另外，接通電流流通的時間也會變長。因此，測定實際使用狀態下的接通電流及啟動時間后，選擇SSR使得接通電流的峰值在 SSR接通電流耐量1/2以下。SSR關閉時由于馬達發出的反電動勢可能會導致SSR的破壞，請實行過電壓保護。
④變壓器負載
SSR關閉瞬間， 10～500ms之內會有10～20倍的勵磁電流流過 SSR。如果次級無負載，勵磁電流zui大。請選擇SSR使得該勵磁電流在SSR接通電流耐量1/2以下。
⑤半波整流電路
有些交流用電磁計數器及螺線管內置有二極管，半波整流。該負載中只加有SSR的輸出電壓的半波。為此，在帶過零觸發功能的SSR中，可能導致無法關閉。對此，可以采取以下兩種方法解決。
1. 連接流過SSR負載電流約20%的電流的泄放電阻。

2. 使用無過零觸發功能的SSR。但半波整流的制動器線圈的開關則不受此限制，請另行商談。
⑥全波整流負載
有些交流用電磁計數器及螺線管內置有二極管，全波整流。這種負載中的負載電流會如下圖所示，變為接近于矩形波的波形。

因此，交流用SSR在輸出元件中使用晶閘管開關（電路電流不為0，元件不斷開），如果負載電流波形為矩形波，可能導致 SSR復位不良。
開關全波整流的負載時，請選擇-V型或功率MOSFET繼電器。
（-V型SSR）
（-V型SSR） G3F-203SL-V、G3H-203SL-V
（功率MOS FET繼電器） G3DZ、G3RZ、G3FM
⑦小容量負載
SSR中沒有輸入信號時，輸出（LOAD）處會流過數mA的漏電流IL。為此，如果該漏電流大于負載的復位電流，會引起復位不良。請增加SSR開關電流的泄放電阻R和負載并聯，以解決問題。

⑧變頻器負載
請不要將變頻器控制的電源作為SSR的負載電源使用。變頻器控制的波形會變為矩形波，因此dV/dt非常大，會引起SSR誤啟動，導致復位不良。
在輸入處使用變頻器控制的電源的場合，只要電源的有效值在 SSR的使用電壓范圍內，就可以使用。

⑨電容性負載
SSR關閉時，電源電壓+電容器的電荷電勢施加到SSR的兩端，因此請選擇SSR使得可使用電壓在電源電壓的2倍以上，同時使得充電電流在SSR接通電流耐量1/2以下。

■關于使用負載電源
1. 關于整流的電源
通過全波整流或半波整流將交流電源作為直流負載電源使用時，請設定負載電源的峰值電源不超出SSR使用負載電源的zui大值。在這樣的情況下，會變成過電壓，導致SSR輸出元件破壞。

2. 關于交流負載電源的使用頻率
關于交流負載電源的使用頻率，請控制在47～63Hz。
3. 關于交流低電壓負載
在SSR的使用負載電壓范圍的zui小值以下使用負載電源時，施加到負載上的電壓的損失時間比在SSR使用電壓范圍內使用負載電源時的時間長。
下圖是負載例。（損失時間A<B）。在實際使用時，為了避免該損失時間導致的問題，請確認后使用。
另外，如果負載電壓低于觸發電壓，則SSR不能接通，因此請將負載電壓設定在AC75V 以上。（G3PAVD、G3NA-2 □□B 為 AC24V）

4. 關于相位控制的交流電源
相位控制的電源不能使用。
■使用環境以及保存環境的注意事項
1. 關于使用環境溫度
規定的是在并非充滿熱氣的條件下SSR的使用環境溫度額定值。為此，如果是通風、換氣等散熱條件惡劣、充滿熱氣的環境，則會超出使用環境溫度額定值，導致SSR的故障及燒壞。
使用時，請實施散熱設計，滿足各機種中的“負載電流-環境溫度額定值” 。另外，有時會因為環境條件（氣候條件、室內空調條件等）及使用條件（密閉盤內安裝等）引起SSR的使用環境溫度變高，請注意。
2. 關于使用環境以及保存環境
請不要在下述場所中使用或保存，會引起故障、誤動作、特性劣化。

·陽光直接照射的場所。
·環境溫度超出－20～＋60℃范圍的場所。
·相對濕度超出45～85%RH的場所，溫度急劇變化、會出現結露的場所。
·環境溫度超出－30～＋70℃范圍的場所。
·存在腐蝕性氣體、易燃性氣體的場所。
·塵埃、鹽分、鐵粉較多的場所。
·本體上有直接振動、沖擊的場所。
·水、油、藥品等飛散的場所。

3. 長期保存SSR時
長期保管時，端子表面受到大氣直射，會因氧化等導致端子焊接性劣化。因此，在實際安裝長期保存后的基板時，請先確認焊接狀態再使用。
4. 關于振動·沖擊
請不要在SSR上施加標準值以上的振動、沖擊。如果施加異常振動、沖擊，不但會引起誤動作，還會由于SSR內部部件的變形、破損等，引起動作不良。
此外，為使SSR上沒有異常的振動，也請在不會受到產生振動的設備（馬達等）影響的場所、方法下進行安裝。
5. 關于溶劑的附著
請避免SSR上附著稀釋劑、汽油等溶劑。溶劑附著會導致標記的消失。
6. 關于油的附著
SSR的端子臺蓋上附著油，會導致蓋的白濁或裂紋。
■關于實際操作
1.關于漏電流
即使在沒有輸入時， SSR也會通過緩沖電路，流過漏電流。因此，更換SSR、進行配線時，請務必斷開輸入處以及負載處的電源，確認安全后再操作。

2. 關于螺釘緊固轉矩
SSR端子松動時，會由于通電時的發熱導致SSR燒壞。
請按照下表中的緊固轉矩配線。
SSR端子螺釘的緊固轉矩

SSR型號	螺釘	建議緊固轉矩
G3PC、 G32A、插座等	M3.5	0.75～1.18N·m
G3NA、 G3PA-10/20A型	M4	0.98～1.37N·m
G3NA、 G3PA-40A型	M5	1.57～2.35N·m
G3NH-□□75	M6	3.92～4.9N·m
G3NH-□150	M8	8.82～9.8N·m

注. 過度擰緊可能造成螺釘破損，請在上述扭矩范圍內進行緊固。

3. 關于SSR安裝面板的材質
不使用G3NA、G3NE、G3PB散熱器，直接安裝到控制盤等的面板上的場合，請采用熱阻較小的鋁制材料或鐵板。這時，請務必在安裝面上涂抹散熱用硅膠（東芝硅YG6260、信越硅G746 等）。
安裝熱阻較高材質的面板（涂層面板等）的場合， SSR的散熱效率會降低，從而導致SSR的輸出元件的熱損壞。此外，如果安裝到木材等易燃材質上使用，會因SSR的發熱引起木材炭化，導致火災。
4. 關于表面連接插座
①安裝表面連接插座時，在加工安裝孔后，請注意用螺釘緊固，不要有松動。
如果表面安裝螺釘有松動，會由于振動、沖擊導致插座、SSR 和導線脫落。
也有可以一次性安裝到35mm寬度DIN導軌上的表面連接插座。
②為了保證SSR和插座的切實連接，請使用固定配件。如果施加異常的振動、沖擊， SSR會從插座上脫落。
5. 關于SSR的插拔方向
插拔SSR和插座時，請和插座表面成垂直方向。如果斜向插拔 SSR，可能導致SSR本體端子彎曲，不能插入插座中。

6.關于配線到搭接端子用插座
請參考下表正確安裝。如果配線方法不當，會導致導線脫落。

項目型號	卷繞狀態	型號名（位）	使用電線		導線被覆長度（mm）	有效圈數（次）	標準端子（mm）	拉拔力（kg）	適用范圍
			AWG	φ
PY□QN	被覆1圈	21-A	26	0.4	43～44	約6	1×1	3～8	1-B
		22-A	24	0.5	36～37	約6		4～13	2-B
		23-A	22	0.65	41～42			4～15	20-B
PY□QN	普通圈	20-A	20	0.8	37～38	約6	1.0×1.5	5～15

注. PY□QN型使用的電線φ 0.65可以卷繞6圈。
   PY□QN型使用的電線φ 0.8可以卷繞4圈。

7. 關于禁止向接線片端子焊接
請不要向G3NE接線片端子焊接導線。會導致SSR部件的破壞。
8. 關于端子切割
請不要用自動切割機切割端子。
用自動切斷機等切割端子，會引起內置部件的損傷。
9. 使端子變形
請不要強行修正及使用變形的端子。在這種情況下，如果向SSR 施加過大的力，將不能保持初始性能。
10. 關于固定配件
安裝、拆卸固定配件時，請注意不要使配件變形，也不要使用已經變形的配件。會導致SSR上被施以強大的力而不能保持特性，或不能獲取充足的保持力，且SSR的松動會引起接觸不良等故障。
11. 關于印刷基板用SSR的焊接
   1. 請在260℃下5秒內進行SSR的焊接。
      但是，關于個別設定條件的機種，請按照個別條件進行焊接。
   2. 請從SSR材料的適合性出發，使用非腐蝕性的松香系列助焊劑。
12. 關于超聲波清洗
請不要進行超聲波清洗。
如果在安裝基板后對SSR 進行超聲波清洗，會因超聲波而產生 SSR內部結構共振，導致內置部件的損傷。

固態繼電器·故障檢查

固體電路·繼電器 Q&A

Q1:
欲檢查SSR的故障，
是否可以用測試器確認SSR的導通？
A1:
不能確認導通。
測試器的導通檢查中，由于測試器的內部電路電壓、電流較低，無法確認SSR內部所使用的半導體元件（三端雙向可控硅開關、晶閘管）的動作。
另外，如下述方法所示，連接負載后，即可進行故障檢查。

●測定方法
負載和電源連接的狀態下，將輸入置于ON· OFF時測定LOAD端子的電壓。
SSR置于OFF時可以輸出接近電源電壓值的電壓、置于ON時可以輸出1V左右的電壓。
另外，若使用100W左右的燈泡作為模擬負載，即可較為容易地確認動作
。（但是，請使用容量在SSR的額定范圍內的燈泡）

Q2:
請教有關功率 MOS FET繼電器的用途例。
A2:
（1）不清楚連接繼電器的負載是交流還是直流的用途（使用例）機器人控制器的警報輸出
（2）內部進行過全波整流的電磁閥等的負載，通過高頻率開閉，頻繁更換繼電器（例： G2R）的用途與繼電器相比，
   為延長其壽命，更換頻率越少越好。
   G3RZ和G2R-1A-S的端子兼容，故可更換。
   注. 請注意輸入電壓、極性及輸出的容量。
（3） DC高電壓的負載用途
   為將DC100V1A電阻負載通過繼電器進行開閉，必須配備相當于MM2XP的繼電器。
   但是，功率 MOS FET繼電器G3RZ可以用這一尺寸進行開閉。
（4）采用泄流電阻、使用SSR的用途
   對于功率 MOS FET，由于其漏電流10 · A較微小，因此無需泄流電阻。
Q3:
請教有關晶閘管和三端雙向可控硅開關的不同點。
A3:
在電阻負載方面是相同的
但在感應負載中，晶閘管的反并聯更為有利。
SSR中的開關元件若使用三端雙向可控硅開關時，則會有使用晶閘管的反并聯連接的情況。

在急劇上升、下降時元件可否跟蹤的特性方面，晶閘管和三端雙向可控硅開關存在不同點。
這一特性以dv/dtμ （單位V/μs）表示。這一值為晶閘管>三端雙向可控硅開關。
在3.7kW級的電機中，即使是感應負載，也可以用三端雙向可控硅開關進行充分開閉。以三端雙向可控硅開關1個元件與晶閘管的反并聯具有同等的功能，所以對 SSR的小型化也做出了貢獻。

	電阻負載		感應負載
	40A以下	超過40A	3.7kW以下	3超過.7kW
三端雙向可控硅開關	○	○	○	△
晶閘管×2	○	○	○	○

Q4:
SSR的輸出側是否可以串聯連接？
A4:
可串聯連接。
主要用于短路模式故障的補償。
另外，浪涌電壓分擔各自的SSR，對過電壓進行分壓，減輕了SSR的負擔。
但是，進行串聯連接時，無法提高使用電壓。
由于動作時間、復位時間的差，開閉時不能分擔負載電壓。

Q5:
直流負載用SSR的浪涌吸收電路怎么樣會比較好？
A5:
關于直流負載開閉型SSR的輸出側干擾、浪涌對策。
連接螺線管、電磁閥等的L負載時，請連接避免產生反向電壓的二極管。
施加超出SSR輸出元件耐電壓的反向電壓時，會導致SSR 的輸出元件損壞。
作為對策，請將表1的元件與負載并聯接入。

吸收元件中，二極管方式抑制反向電壓的效果*。但是螺線管、電磁閥的復位時間較長。實際使用電路時請先確認后再使用。
另外，作為縮短復位時間的對策，可以使用二極管和穩壓二極管。此時，穩壓二極管的穩壓電壓（Vz）越高，其復位時間就越短。

參考
① 二極管的選擇方法
   耐電壓＝VRM≧電源電壓×2
   順電流＝IF≧負載電流
② 穩壓二極管的選擇方法
   穩壓電壓=Vz< （SSR的集電極-發射極間電壓） — （電源電壓＋2V）
   穩壓· 浪涌電力＝PRSM>Vz×負載電流×安全率（2-3）
   注. 若穩壓電壓（Vz）較高，則穩壓二極管的容量（PRSM）也將變大。

固態繼電器施工·保養·檢查

■故障安全防護方法
1. 關于故障模式
必須進行高頻率開閉、高速開閉時， SSR是*的繼電器，但是，若使用條件、操作錯誤，可能會導致元件破壞等問題。
SSR是由半導體元件構成的繼電器，浪涌電壓、過電流等會導致元件破損等故障。此時，元件的故障模式基本上是短路故障，會導致負載不能切斷。
因此，在使用了SSR的控制電路中，考慮故障安全防護方法時，不是僅通過SSR切斷負載電源的電路，請通過設置于負載電源側的接點、斷路器，設為在SSR異常時切斷負載的電路。
例如， AC電機作為負載的電路中， SSR發生半波故障時，變為 DC勵磁的過電流流向電機，電機可能會燒壞。這種情況下，請通過斷路器，切斷通向電機的電流電路。

部位	原因	結果
輸入部	施加過電壓	輸入元件損壞
輸出部	施加過電壓	輸出元件損壞
輸出部	過電流通電	輸出元件損壞
全體	環境溫度超出規定值	輸出元件損壞
全體	散熱狀態較差	輸出元件損壞

2. 關于過電流保護
SSR的負載（LOAD）側流入短路電流或過電流時，會損壞SSR 的輸出元件。
作為短路保護的對策例，請添加與負載串聯的速斷保險絲。
作為速斷保險絲的保護協調條件， SSR的浪涌容量（Is）、速斷保險絲的限流特性（If）、負載的沖擊電流（IL）均需設計為滿足如下圖所示關系的電路。

類型	推薦保險絲型號	廠商
型	60PFF5U	株式會社京三制作所
10A型	60PFF10U	株式會社京三制作所
	CR2LS-10	富士電機株式會社
	BLC012-1	富士電機株式會社
1型	60PFF15U	株式會社京三制作所
20A型	60PFF20U
2型	60PFF25U
30A型	60PFF30U
40A型	25SHA40 25LKA40B
50A型	25SHA50 25LKA50B
60A型	25LKA60B
7型	25LKA75B
100A型	25LKB100B
150A型	25LKB150B

注. 上述保險絲可保護SSR 不受意外事故引起的短路電流的影響。
對于過電流保護，請根據每臺使用設備選擇合適的NF斷路器等的保護對策。

3. 關于動作顯示燈
如下圖所示，動作顯示燈所顯示的是輸入電路的通電，并不顯示輸出元件的接通。

4. 關于SSR的耐久性
SSR沒有機械磨損。
因此， SSR的耐久性以所使用的內置零件的故障率表示。例如， G3M-202P時，內置零件的故障率為321Fit （1Fit=10-9=λ （故障/時間））。
根據這一值計算出的MTTF如下所示。
　MTTF＝321/λ60＝3.12×106 （時間）
關于SSR的耐久性錫焊、熱應力，也必須考慮其綜合耐久性。
也有可能因熱應力導致錫焊老化等各種問題。
本公司已在下述條件的加熱器循環試驗中進行了可靠性評價。
　條件：－30～＋100℃、200循環

■應用電路圖
1. 與傳感器的連接
SSR可直接連接接近開關、光電開關等傳感器。

2. 白熾燈的閃爍控制

3.電氣爐的溫度控制

4. 單相感應電動機的正反運轉

注1. SR1、SSR2其中一個為斷開側SSR的LOAD端子間電壓，由于通過 LC結合，電壓約為電源電壓的2倍，
請務必使用具備電源電壓2倍以上的輸出額定電壓的SSR
（例）電源電壓交流100Ｖ的單相感應電動機的正反運轉，應使用有交流200Ｖ以上輸出電壓的SSR
注2. 切換SW1和SW2時，請務必確保有30ms以上的時滯。

5. 三相感應電動機的接通、斷開控制

6. 三相電機的正反運轉
SSR三相電機正反運轉時，請注意SSR的輸入信號。如右上圖所示，同時切換SW1和SW2時，負載側發生相間短路，會損壞SSR 的輸出元件。這是由于即使沒有至SSR輸入端子的輸入信號，輸出元件（三端雙向可控硅開關）仍處于導通狀態，直至負載電流為0。因此，切換SW1和SW2時，請務必設定30ms以上的時滯。
另外，由于至SSR輸入電路的干擾等導致的SSR誤動作，也會導致相間短路、SSR損壞。作為此時的對策例，在電路中接入防止產生短路事故的保護電阻R。對于保護電阻R，請根據SSR的浪涌接通電流容量確定。例如， G3NA-220B的浪涌接通電流容量為 220Apeak，因此為R>220V×√2/220A＝1.4Ω。另外，考慮到電路電流、通電時間等，請插到消耗功率較小的一側。
另外，對于電阻的功率，請根據P＝I2R×安全率進行計算。
（I＝負載電流、R＝保護電阻、安全率3～5）

7. 變壓器負載的沖擊電流
變壓器負載時的沖擊電流，在電抗不運作的2次側開放狀態下為zui大。另外，由于其zui大電流是電源頻率的1/2周，若不用示波器將很難進行測定。為此，應測定變壓器一次側的直流電阻，據此預測沖擊電流。（實際上，由于固有電抗運作，其結果比該計算值還少）。
I peak＝V peak/R＝（√2×V）/R
假設在負載電源電壓220V 使用一次側的直流電阻3 歐姆的變壓器，則此時的沖擊電流為， I peak＝（1.414×220）/3＝103.7A
本公司規定SSR的浪涌接通電流容量為非反復（1天1-2次），請選擇能反復使用具備該I peak的2倍的浪涌接通電流容量的SSR。此時，請選擇具備207.4A以上浪涌接通電流容量、G3□□-220□ 以上的SSR。
另外，若對此進行逆運算，即可算出滿足SSR的變壓器一次側的直流電阻值。
R＝V peak/I peak＝（√2×V）/I peak
有關變壓器一次側的直流電阻值適用SSR的一覽表，請參考附件。
另外，該一覽表表示「滿足沖擊電流的SSR」，還必須結合「變壓器的穩定電流滿足各SSR的額定電流」。

G3□□-240□
下劃線2位的數字顯示穩定電流。（此時為40A）
僅G3NH時： G3NH-□075B=7、
G3NH-□150B=150A
條件1 ： SSR的環境溫度（=柜內溫度）應在各SSR 的額定溫度以內。
條件2 ：應為安裝正規散熱器的狀態。
負載電源電壓100V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
4.8以上	30	60	——	-205□	-205□	——
1.9～4.7	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
1.3～1.8	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
0.65～1.2	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.36～0.64	400	800	——	——	——	-2075□
0.16～0.35	900	1,800	——	——	——	-2150□

負載電源電壓110V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
5.2以上	30	60	——	-205□	-205□	——
2.1～5.1	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
1.5～2.0	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
0.71～1.4	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.39～0.70	400	800	——	——	——	-2075□
0.18～0.38	900	1,800	——	——	——	-2150□

負載電源電壓120V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
5.7以上	30	60	——	-205□	-205□	——
2.3～5.6	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
1.6～2.2	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
0.78～1.5	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.43～0.77	400	800	——	——	——	-2075□
0.19～0.42	900	1,800	——	——	——	-2150□

負載電源電壓200V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
9.5以上	30	60	——	-205□	-205□	——
3.8～9.4	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
2.6～3.7	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
1.3～2.5	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.71～1.2	400	800	——	——	——	-2075□
0.32～0.70	900	1,800	——	——	——	-2150□

負載電源電壓220V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
10.4以上	30	60	——	-205□	-205□	——
4.2～10.3	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
2.9～4.1	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
1.5～2.8	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.78～1.4	400	800	——	——	——	-2075□
0.35～0.77	900	1,800	——	——	——	-2150□

負載電源電壓240V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
11.4以上	30	60	——	-205□	-205□	——
4.6～11.3	75	150	-210□ -215□	-210□	-210□	——
3.1～4.5	110	220	-220□ -225□	-220□	-220□	——
1.6～3.0	220	440	-235□ -240□ -245□ -260□	-240□	——	——
0.85～1.5	400	800	——	——	——	-2075□
0.38～0.84	900	1,800	——	——	——	-2150□

負載電源電壓400V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
7.6以上	75	150	——	-410□	——	——
5.2～7.5	110	220	-420□ -430□	-420□	——	——
2.6～5.1	220	440	-435□ -445□	——	——	——
1.5～2.5	400	800	——	——	——	-4075□
0.63～1.4	900	1,800	——	——	——	-4075□

負載電源電壓440V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
8.3以上	75	150	——	-410□	——	——
5.7～8.2	110	220	-420□ -430□	-420□	——	——
2.9～5.6	220	440	-435□ -445□	——	——	——
1.6～2.8	400	800	——	——	——	-4075□
0.70～1.5	900	1,800	——	——	——	-4075□

負載電源電壓480V時

變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	適用SSR
變壓器一次側的直流電阻（Ω）	沖擊電流（A）	SSR的浪涌接通電流容量（A）	G3P□	G3NA	G3NE	G3NH
9.1以上	75	150	——	-410□	——	——
6.2～9.0	110	220	-420□ -430□	-420□	——	——
3.1～6.1	220	440	-450□	——	——	——

8. 變壓器的分接頭轉換
通過SSR切換變壓器的分接頭時，請注意感應OFF側SSR的電壓。感應電壓與卷數（分接頭電壓）成比例。
下圖中，電源電壓200V， N1＝100次、N2＝100次，若SSR2置于 ON，則會在SSR1兩端施加電源電壓2倍的電壓400V，因此，對于SSR1，務必使用400V的SSR。

■SSR的使用方法
●散熱設計
①SSR的發熱量
作為輸出半導體用于SSR的三端雙向可控硅開關、晶閘管、功率晶體管，即使在接通時，半導體內部仍有殘留電壓。這是輸出接通電壓下降。為此，流入負載電流時SSR會產生焦耳熱。
此時的發熱量Ｐ如下計算：
　發熱量Ｐ（W）=輸出接通電壓下降（V）×通電電流（A）
例如，使用G3NA-210B通負載電流8A的話為：
P＝1.6V×8A＝12.8W
功率MOS FET在輸出半導體上使用的MOS FET繼電器，不是殘留電壓，用ON電阻計算發熱量。
發熱量Ｐ（W）如下計算：
Ｐ（W）＝負載電流2 （A） ×ON電阻（Ω）
用G3RZ負載電流為0.時，為 P（W）＝0.52A×2.4Ω＝0.6W
電源MOS FET有根據溫度上升ON電阻的特性。因此，通電中 ON電阻是變化的。負載電流為額定的80％以上時，簡易算法為用ON電阻的1.5倍來計算。
P（W）＝12A×2.4Ω×1.5＝3.6W
SSR一般到程度沒有散熱器也可以，但超過的話就一定要有散熱器。隨著負載電流的變大，需要更大型的散熱器。與有接點的繼電器相比10A以上含散熱器的尺寸差很顯著，小型化的特點會變得不利。
②散熱器的選擇
另行安裝散熱器的SSR （G3NA、G3NE、G3PB （三相）等）中備有標準散熱器，請從商品樣本上選擇符合負載電流的標準散熱器。
例如，
G3NA-220B: Y92B-N100
G3NE-210T（L）: Y92B-N50
G3PB-235B-3H-VD: Y92B-P200
使用市場上銷售的散熱器時，請選用熱電阻小于本公司標準散熱器的散熱器。
例如、Y92B-N100 的熱電阻值為
Y92B-N100的熱電阻值=1.631℃/W
如果散熱器的熱電阻值比該值更小（如1.5℃/W），則可在額定的條件下使用G3NA-220B。
熱電阻值表示每單位熱量（W）的溫度上升，該值越小則散熱性越好。
③散熱板面積的計算方法
將另行安裝散熱器的SSR直接安裝在控制柜等框架上使用時，必須注意下列事項。
·將用于一般柜上的鐵材料作為散熱板使用時，請盡量避免10A以上的連續通電。
  這是因為，與鋁材相比，鐵的熱傳導率較低。熱傳導率（單位：W·m· ℃）
  根據材料不同，如下所示。
鐵材料＝20～50
鋁材料＝150～220
推薦使用鋁板作為直接安裝SSR的散熱板。必要的散熱面積請參見樣本中各機種的數據。
·在SSR的安裝面（全部）和散熱板之間，請務必涂敷散熱用的硅酮潤滑脂
  （東芝硅酮YG6260、信越硅酮G746等）及熱傳導薄板。若僅將SSR安裝在散熱板上，
   會留有空隙，來自SSR的發熱不能*散熱，可能會導致SSR的過熱破壞及熱老化。
④控制柜的散熱設計
不僅SSR，使用半導體的控制設備均會自我發熱。一旦環境溫度上升，半導體的故障率就會大幅增加，若溫度上升10℃，則故障率會增加至2倍（阿倫紐斯模型）因此，要抑制控制柜內的溫度上升，很重要的一點是要確保控制設備的長期可靠性。
控制柜內存在著各種發熱設備，因此必須考慮局部的溫度上升。表示作為控制柜整體的散熱設計的思路。
假設固體墻兩側的高溫流體和低溫流體的溫度分別為th、tc，傳熱面積為Ａ時，通過固體墻移動的傳熱量Q可表示為下式。
Q=K（th—tc）A
這里的Ｋ為熱通過系數（W/m2℃） ,該方式也稱為熱通過的方式。

對于控制柜發出的傳熱量，若根據熱通過的公式，
控制柜的平均熱通過率K（W/m2℃）、
控制柜內溫度Th （℃）
控制柜外溫度Tc （℃）
控制柜的表面積Ｓ（m2）
則控制柜發出的熱通過的傳熱量Q為
Q＝k×（Th—Tc）×S
因此，
控制柜內的期望溫度　Th
控制柜風的總發熱量　P1 （W）
所需冷卻能力 P2 （W）
則，必要冷卻能力根據下列公式計算。
P2＝P1—k×（Th—Tc）×S
空氣中的一般固體墻自然對流時，熱通過率k為4～12 （W/m2℃）。為通常的控制柜（冷卻風扇等*沒有時）時，若以4～6 （W/m2℃）來計算，以經驗來判斷，則與實際基本一致。
使用該值計算實際控制柜的必要冷卻能力，如下所示。
例
· 控制柜內期望設定溫度 40℃
· 控制柜外溫度 30℃
· 控制柜尺寸寬2.5m×高2m×深0.5m的
自立型控制柜（底面部應從表面積中除去）
· SSR　G3PA-240B 以30A連續使用20臺
· SSR以外的控制設備的總發熱量500W
控制柜內總發熱量P1
P1＝輸出ON電壓下降1.6V×負載電流30A×20臺＋SSR以外的控制設備的總發熱量＝960W+500W＝1460W
控制柜發出的散熱量Q2
Q2＝熱通過率5×（40℃-30℃）×（2.5m×2m×2+0.5m×2m×2+2.5m×0.5m）=662.5W
因此，所需冷卻能力P2為
P2＝1460-663＝797W
僅控制柜表面發出的散熱還不充分，必須采取將797W以上的熱量排放至控制柜外的措施。
通常應設置必要能力換氣用的風扇，但是。僅通過風扇冷卻能力仍不足時，還應設置控制柜用冷氣。控制柜用冷氣不僅能制冷、還對防濕、防塵也很有效，對長期使用控制柜是很有效的。
軸流風扇　　　　　歐姆龍制　R87B/F/T系列
控制柜用冷氣　　　APISTE制　ENC系列
⑤冷卻裝置的種類
換氣用風扇
用于通常的換氣冷卻。
本公司準備了R87F、R87T等的AC軸流風扇系列商品。

熱轉換器
將控制柜內的熱通過熱管排放的構造，可以隔離控制柜內和柜外，因此也可在多灰塵多油污的地方使用。

控制柜用冷氣
可以實現zui高冷卻能力的同時，通過隔離控制柜內、柜外，具有防塵及除濕效果。

■SSR的安裝方法
●安裝到控制柜
若為密閉柜，則SSR所產生的熱積聚在內部，由于SSR的通電能力降低，還會對其他的電子設備產生不好的影響。使用時請務必在柜的上部和下部設置通風用的孔。以下以G3PA的推薦例進行說明。下述示例僅為標準， zui終使用時請執行④項的「設置后的確認」。

④設置后的確認
上述條件是本公司已確認過的代表例。根據其使用環境也有不同的情況，需測定zui終通電中的環境溫度，并請確認滿足各型號所規定的「負載電流-環境溫度額定」。
環境溫度的測定條件
（1）控制柜內的溫度作為zui高的通電條件，請在飽和狀態下測定環境溫度。
（2）環境溫度測定位置請參見圖1。若在測定100mm距離以內有導管或其他設備時，
請參見圖2。另外，無法測定側面溫度時，請參見圖3。

（3）在柜內2層以上安裝SSR時，請測定所有層的環境溫度，并以溫度zui高的地方為基準。
但是，測定條件達不到上述要求時，請另外咨詢。

環境溫度的定義
SSR以通過自然對流形成散熱為基本。為此，將SSR進行散熱的空氣溫度作為環境溫度。

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歐姆龍固態繼電器工作原理