固态继电器瞬态保护

相对于电磁继电器，固态继电器的最大弱点是对电磁干扰以及电压电流瞬时浪涌非常敏感。瞬时故障现象源于两种情形：

1. 由电磁辐射引起，主要对固态继电器的低压电路部分产生干扰，如输入回路的光耦合器。

2. 由负载电源引起，由于输入/输出之间电容耦合很脆弱，这些瞬态因素主要影响电源负载输出回路。

然而，无论是何种瞬时故障现象，它通常由闪电，感性负载（电机等）的开关，配电设备的通断（短暂停电等）引起的。这些现象广泛存在于所有的工业供电中，在很多应用中，只要我们稍加注意，进行基本的防范，可以大大降低故障的发生率。

对于这些现象，最基本的安全防范措施是，选用与应用情况相符的以及容量大小正确的固态继电器，使固态继电器能发挥其所有优点，同时还留有足够的安全余量。

输入端的瞬态现象和保护

固态继电器输入端遇到的主要问题是来自于电磁辐射或电磁干扰产生尖峰电压。如果尖峰电压超过最低开启电压（1-3伏），固态继电器的输出电路就会接通，直到输出回路电流经过下一个零点。如果没有足够的保护，太高的尖峰电压可能使光电耦合器遭到损坏。

输入端保护方法

保护固态继电器输入端，可以采用增加RC吸收电路或在输入端并联一个齐纳二极管来防止尖峰电压冲击。一般情况下，这些保护元件已经直接整合到固态继电器内部输入电路，虽然会产生几微秒的开关继电器动作延迟（这不会带来严重的后果，尤其在交流供电中），但可以降低电磁辐射或电磁干扰产生的尖峰脉冲对输入电路的影响。

此外，同步开关型固态继电器本身对尖峰脉冲有保护性，只要这些尖峰脉冲不在固态继电器的有效开关窗口范围，同步继电器可以自然防止这些尖峰脉冲作用于输入端。

输出端的瞬态电压现象

输出端浪涌电压

当浪涌电压袭来时，如果交流固态继电器的输出端电压超过了最大允许正向电压或翻转电压，可控硅SCR或Triac就会导通，直到电流在下一此过零点时才会关断。

因为可控硅SCR或Triac的开关速度非常快，开关动作会被一个只有几微秒的短脉冲激活。

增加正向电压dv/dt

这一特性与固态继电器输出端元件物理结构有关，尤其和SCR或Triac可控硅中阳极和阴极之间的耦合电容有关。如果继电器两端的电压变化太快，会导致固态继电器非受控的导通。

这种非受控导通现象后果的严重性取决于应用情况，在某些特舒的情况下，会间接导致固态继电器损坏：

1. 很高的能量脉冲。

2. 用于控制电机正反转的固态继电器，非受控导通会引起短路。

RC保护(缓冲电路)

在固态继电器输出端并联一个RC吸收电路，既可以降低杂波产生的dv/dt梯度，也可以降低杂波的幅度，直到杂波不再出现。

RC吸收电路两端电压的任何变化，都会在电容C中产生电流，导致负载上电压有如下压降：

这个压降会起到保护保护固态继电器输出可控硅SCR的作用。

这类吸收滤波方式的最大缺点是显著增加固态继电器的漏电流。一般情况下，采用一个RC吸收电路会增加两倍的漏电电流。

所有固态继电器通常有缓冲滤波器，可以提高固态继电器的性能。然而，有些固态继电器采用特殊可控硅SCRs，可以承受很高dv/dt的值，这类继电器称为无吸收电路固态继电器。

吸收电路R,C典型值如下：

电阻：33Ω＜R＜100Ω

电容：0.1μF＜C＜0.47μF

瞬变电压抑制二极管保护

只单独使用缓冲过滤器通常是不足以对固态继电器起到有效的保护，特别是对于那些高能量的杂波。采用瞬变电压抑制二极管可以大大提高保护的可靠性。

瞬变电压抑制二极管适用于保护对中低能量级高速杂波敏感的电子设备，瞬变电压抑制二极管的设计功能能很好的符合这类设备的保护要求，例如，对只持续1毫秒，甚至低于1毫秒的过载保护。瞬变电压抑制二极管也可以提供良好的静电放电防护（ESD）。

如何选择瞬变电压抑制二极管

基于瞬变电压抑制二极管通过电流的能力，以及两个电压VBR和VRM的值。

VBR= 反向雪崩电压，在这值以上，电压稍微增加，瞬变电压抑制二极管中的电流就会迅速增大。

VRM= 待机电压。这个电压是指瞬变电压抑制二极管在恒载情况可以承受的电压。

对于更高电压的应用，可将多个瞬变电压抑制二极管串联起来。然而，在线路中要采用同样的瞬变电压抑制二极管来均匀分散能量。

注意：瞬变电压抑制二极管通常是不可以并联使用。

注意：对于交变电流，使用双向型的或两个瞬变电压抑制二极管首尾连接使用。

压敏电阻保护

保护固态继电器免受高能量杂波影响，也可以使用压敏电阻保护。

压敏电阻保护的缺点是由于高能量杂波的冲击，随着时间的推移，压敏电阻就会失效。因此出现故障后，必须重新替换新的压敏电阻。

压敏电阻的特性是当它两端的电压小于其名义电压时，压敏电阻的阻值很大（数兆欧姆）。然而，当它两端的电压一旦超过其名义电压时，它的阻抗很快就降到1欧姆以下。压敏电阻反应时间大约为20到50纳秒。

压敏电阻基本参数如下：

l  压敏电阻必须能够持久承受的电压（通常：V压敏电阻=V电源×1.15）。

l  能被抑制的峰值电压。

l  由瞬时现象源（具体应用具体分析）所释放出来的能量大小（能量用焦耳描述）。

尽管前两个参数（正确选择压敏电阻需要一些基本参数）可以很简单地确定，然而我们对瞬时现象源的阻抗和杂波能量大小却知之甚少。同样包括对电源的供电质量缺乏明确的估计，因为压敏电阻的寿命受杂波脉冲数量和每次脉冲达到的能量影响很大。

在工业领域，中等功率的压敏电阻可以吸收50至130焦耳的脉冲能量。

压敏电阻连接

为了起到良好的保护作用，压敏电阻通常与被保护的部件并联。然而，在电机正反转控制中，压敏电阻应如下述安装以对双向都起到充分保护。

 直流固态继电器保护

将一个二极管与电感负载，并且在固态继电器输出端并联一个齐纳二极管，是最有效消除由于感性负载断开时，在DC回路上产生的高浪涌电压的一种方式。感性负载断开时产生的高浪涌电压能量为LI2，因此必须增加一个保护二极管，将此能量释放掉，以保护固态继电器。

瞬时电流保护

跟电压特性一样，对固态继电器的电流特性，也要留有充分的安全余量。在某些负载中（如感应负载，电机等），瞬时电流现象是负载本身固有的特性。另外由于某些意外的情况，也可能导致回路中产生瞬时或持续的电流过载。

一些常用电气负载的特性是众所周知的，可以根据这些特性来选择固态继电器。电机的启动电流是其正常电流的10倍。类似的，感应负载在饱和阶段的阻抗等于欧姆阻抗，这个阻抗非常低。

如果在选择固态继电器的时候就考虑到这些因素，所选择的固态继电器就可以承受这样的过载。此外，同样的电机在电机机械堵转的情况下，会产生持续的过载电流，这最终会导致可控硅SCR的输出端过热烧坏，造成回路会短路，如果没有采取保护措施，电机会由于短路而损坏。

用快速熔断器限流

选用大大电流固态继电器，仅仅只能满足固态继电器能够承受大电流过载，而不能对整个系统进行保护。因此建议在回路中加入熔断器来对整个回路进行保护，但是熔断器必须选用快速熔断器。

熔断器相当于一个很小的电阻，它能在给定的时间里吸收一定的能量，一旦能量过大，熔断器就熔断了。

保护固态继电器的熔断器，熔断器选取的I2t系数应比继电器的I2t系数低。

在有些应用中，由熔断器厂商指定的I2t值应根据实际工作电压加以修正，实际工作电压可能同于厂商的参考电压值。

在选用合适的熔断器时，要考虑到以下几点：

* 熔断器的工作电压至少要等于供电电压，

* 熔断器的额定电流应大于稳定状态下的负载电流，

* 电路中的最大电流，

* 熔断器的最大允许峰值电流。