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固態繼電器瞬態保護

相對于電磁繼電器，固態繼電器的最大弱點是對電磁干擾以及電壓電流瞬時浪涌非常敏感。瞬時故障現象源于兩種情形：

1. 由電磁輻射引起，主要對固態繼電器的低壓電路部分產生干擾，如輸入回路的光耦合器。

2. 由負載電源引起，由于輸入/輸出之間電容耦合很脆弱，這些瞬態因素主要影響電源負載輸出回路。

然而，無論是何種瞬時故障現象，它通常由閃電，感性負載（電機等）的開關，配電設備的通斷（短暫停電等）引起的。這些現象廣泛存在于所有的工業供電中，在很多應用中，只要我們稍加注意，進行基本的防范，可以大大降低故障的發生率。

對于這些現象，最基本的安全防范措施是，選用與應用情況相符的以及容量大小正確的固態繼電器，使固態繼電器能發揮其所有優點，同時還留有足夠的安全余量。

輸入端的瞬態現象和保護

固態繼電器輸入端遇到的主要問題是來自于電磁輻射或電磁干擾產生尖峰電壓。如果尖峰電壓超過最低開啟電壓（1-3伏），固態繼電器的輸出電路就會接通，直到輸出回路電流經過下一個零點。如果沒有足夠的保護，太高的尖峰電壓可能使光電耦合器遭到損壞。

輸入端保護方法

保護固態繼電器輸入端，可以采用增加RC吸收電路或在輸入端并聯一個齊納二極管來防止尖峰電壓沖擊。一般情況下，這些保護元件已經直接整合到固態繼電器內部輸入電路，雖然會產生幾微秒的開關繼電器動作延遲（這不會帶來嚴重的后果，尤其在交流供電中），但可以降低電磁輻射或電磁干擾產生的尖峰脈沖對輸入電路的影響。

此外，同步開關型固態繼電器本身對尖峰脈沖有保護性，只要這些尖峰脈沖不在固態繼電器的有效開關窗口范圍，同步繼電器可以自然防止這些尖峰脈沖作用于輸入端。

輸出端的瞬態電壓現象

輸出端浪涌電壓

當浪涌電壓襲來時，如果交流固態繼電器的輸出端電壓超過了最大允許正向電壓或翻轉電壓，可控硅SCR或Triac就會導通，直到電流在下一此過零點時才會關斷。

因為可控硅SCR或Triac的開關速度非常快，開關動作會被一個只有幾微秒的短脈沖激活。

增加正向電壓dv/dt

這一特性與固態繼電器輸出端元件物理結構有關，尤其和SCR或Triac可控硅中陽極和陰極之間的耦合電容有關。如果繼電器兩端的電壓變化太快，會導致固態繼電器非受控的導通。

這種非受控導通現象后果的嚴重性取決于應用情況，在某些特舒的情況下，會間接導致固態繼電器損壞：

1. 很高的能量脈沖。

2. 用于控制電機正反轉的固態繼電器，非受控導通會引起短路。

RC保護(緩沖電路)

在固態繼電器輸出端并聯一個RC吸收電路，既可以降低雜波產生的dv/dt梯度，也可以降低雜波的幅度，直到雜波不再出現。

RC吸收電路兩端電壓的任何變化，都會在電容C中產生電流，導致負載上電壓有如下壓降：

這個壓降會起到保護保護固態繼電器輸出可控硅SCR的作用。

這類吸收濾波方式的最大缺點是顯著增加固態繼電器的漏電流。一般情況下，采用一個RC吸收電路會增加兩倍的漏電電流。

所有固態繼電器通常有緩沖濾波器，可以提高固態繼電器的性能。然而，有些固態繼電器采用特殊可控硅SCRs，可以承受很高dv/dt的值，這類繼電器稱為無吸收電路固態繼電器。

吸收電路R,C典型值如下：

電阻：33Ω＜R＜100Ω

電容：0.1μF＜C＜0.47μF

瞬變電壓抑制二極管保護

只單獨使用緩沖過濾器通常是不足以對固態繼電器起到有效的保護，特別是對于那些高能量的雜波。采用瞬變電壓抑制二極管可以大大提高保護的可靠性。

瞬變電壓抑制二極管適用于保護對中低能量級高速雜波敏感的電子設備，瞬變電壓抑制二極管的設計功能能很好的符合這類設備的保護要求，例如，對只持續1毫秒，甚至低于1毫秒的過載保護。瞬變電壓抑制二極管也可以提供良好的靜電放電防護（ESD）。

如何選擇瞬變電壓抑制二極管

基于瞬變電壓抑制二極管通過電流的能力，以及兩個電壓VBR和VRM的值。

VBR= 反向雪崩電壓，在這值以上，電壓稍微增加，瞬變電壓抑制二極管中的電流就會迅速增大。

VRM= 待機電壓。這個電壓是指瞬變電壓抑制二極管在恒載情況可以承受的電壓。

對于更高電壓的應用，可將多個瞬變電壓抑制二極管串聯起來。然而，在線路中要采用同樣的瞬變電壓抑制二極管來均勻分散能量。

注意：瞬變電壓抑制二極管通常是不可以并聯使用。

注意：對于交變電流，使用雙向型的或兩個瞬變電壓抑制二極管首尾連接使用。

壓敏電阻保護

保護固態繼電器免受高能量雜波影響，也可以使用壓敏電阻保護。

壓敏電阻保護的缺點是由于高能量雜波的沖擊，隨著時間的推移，壓敏電阻就會失效。因此出現故障后，必須重新替換新的壓敏電阻。

壓敏電阻的特性是當它兩端的電壓小于其名義電壓時，壓敏電阻的阻值很大（數兆歐姆）。然而，當它兩端的電壓一旦超過其名義電壓時，它的阻抗很快就降到1歐姆以下。壓敏電阻反應時間大約為20到50納秒。

壓敏電阻基本參數如下：

l  壓敏電阻必須能夠持久承受的電壓（通常：V壓敏電阻=V電源×1.15）。

l  能被抑制的峰值電壓。

l  由瞬時現象源（具體應用具體分析）所釋放出來的能量大小（能量用焦耳描述）。

盡管前兩個參數（正確選擇壓敏電阻需要一些基本參數）可以很簡單地確定，然而我們對瞬時現象源的阻抗和雜波能量大小卻知之甚少。同樣包括對電源的供電質量缺乏明確的估計，因為壓敏電阻的壽命受雜波脈沖數量和每次脈沖達到的能量影響很大。

在工業領域，中等功率的壓敏電阻可以吸收50至130焦耳的脈沖能量。

壓敏電阻連接

為了起到良好的保護作用，壓敏電阻通常與被保護的部件并聯。然而，在電機正反轉控制中，壓敏電阻應如下述安裝以對雙向都起到充分保護。

 直流固態繼電器保護

將一個二極管與電感負載，并且在固態繼電器輸出端并聯一個齊納二極管，是最有效消除由于感性負載斷開時，在DC回路上產生的高浪涌電壓的一種方式。感性負載斷開時產生的高浪涌電壓能量為LI2，因此必須增加一個保護二極管，將此能量釋放掉，以保護固態繼電器。

瞬時電流保護

跟電壓特性一樣，對固態繼電器的電流特性，也要留有充分的安全余量。在某些負載中（如感應負載，電機等），瞬時電流現象是負載本身固有的特性。另外由于某些意外的情況，也可能導致回路中產生瞬時或持續的電流過載。

一些常用電氣負載的特性是眾所周知的，可以根據這些特性來選擇固態繼電器。電機的啟動電流是其正常電流的10倍。類似的，感應負載在飽和階段的阻抗等于歐姆阻抗，這個阻抗非常低。

如果在選擇固態繼電器的時候就考慮到這些因素，所選擇的固態繼電器就可以承受這樣的過載。此外，同樣的電機在電機機械堵轉的情況下，會產生持續的過載電流，這最終會導致可控硅SCR的輸出端過熱燒壞，造成回路會短路，如果沒有采取保護措施，電機會由于短路而損壞。

用快速熔斷器限流

選用大大電流固態繼電器，僅僅只能滿足固態繼電器能夠承受大電流過載，而不能對整個系統進行保護。因此建議在回路中加入熔斷器來對整個回路進行保護，但是熔斷器必須選用快速熔斷器。

熔斷器相當于一個很小的電阻，它能在給定的時間里吸收一定的能量，一旦能量過大，熔斷器就熔斷了。

保護固態繼電器的熔斷器，熔斷器選取的I2t系數應比繼電器的I2t系數低。

在有些應用中，由熔斷器廠商指定的I2t值應根據實際工作電壓加以修正，實際工作電壓可能同于廠商的參考電壓值。

在選用合適的熔斷器時，要考慮到以下幾點：

* 熔斷器的工作電壓至少要等于供電電壓，

* 熔斷器的額定電流應大于穩定狀態下的負載電流，

* 電路中的最大電流，

* 熔斷器的最大允許峰值電流。