固態繼電器

• 測量方式
  在連接負載與電源的狀態下將輸入轉為ON/OFF時，測量LOAD端子的電壓。
  SSR為OFF時為接近電源電壓的值，ON時會出現約為1V的電壓。
  此外，使用約100W的燈泡做為模擬負載，即可簡單確認動作。（請使用容量在SSR額定範圍內的燈泡）

1. 用於不知道連接繼電器的負載為交流電或直流電時（使用範例）機器手臂控制器的警報輸出
2. 用於在已於內部進行全波整流的電磁閥等負載下，因高頻率開閉而需要頻繁更換繼電器（例如G2R型）時由於使用壽命比繼電器長，因此可減少更換頻率。
   G3RZ型與G2R-1A-S型的端子相容，因此可替代使用。
   註.請務必留意輸入電壓、極性及輸出容量。
   
   
3. 用於DC高電壓的負載時
   為了使用繼電器開閉DC100V 1A電阻負載，需使用相當於MM2XP型的繼電器。
   但功率MOS FET繼電器G3RZ型能以此尺寸進行開閉。
   
   
4. 利用洩流器電阻使用SSR時
   由於功率MOS FET的漏電流相當微小，僅10μA，因此不需要洩流器電阻。
   
   

Q3 流體與雙向三極體的不同之處。
A3 
兩者在電阻負載方面是相同的。
不過在電感負載方面，閘流體反向並聯時較為有利。
有在開關元件上使用雙向三極體的SSR，也有使用反向並聯閘流體的SSR。

1. 選擇二極體的方法
   耐電壓＝VRM≧電源電壓×2
   順向電流＝IF≧負載電流
2. 選擇齊納二極體的方法
   齊納電壓＝VZ＜ （SSR的集極與射極之間電壓）－ （電源電壓＋2V）
   齊納突波電力＝PRSM＞VZ×負載電流×安全率（2～3）
   註. 齊納電壓（VZ）越大，齊納二極體的容量（PRSM）就越大。
   
   

• 無法並聯多台SSR進行超出負載容量的運轉方式。
  否則可能導致故障。

• 散熱用矽脂例
  Toshiba Silicone YG6260　
  ShinEtsu Silicone G746、G747　
  
  

• 正轉/反轉之相關注意事項

1. 如下圖所示，當SSR1與SSR2同時轉為ON時，電容的放電電流i可能會破壞SSR。
   因此切換SSR1與SSR2時請務必保留30ms以上的時滯。
   此外，若擔心因外來的雜訊、馬達逆向等導致SSR誤動作，請選擇SSR1或SSR2使用率較低的一方，與其串聯插入抑制放電電流i的R。想要抑制SSR誤動作，可採用與各SSR並聯插入CR吸收器（0.1μF 630V＋22Ω 2W）的方式。

2. 相同的，在馬達正轉/反轉時，會因馬達的LC共振而對OFF端的SSR兩端施加最大達電源電壓2倍的電壓。
   在選用SSR時，請務必注意勿讓此電壓超出SSR的額定負載電壓。
   （有必要實際測量施加於OFF 端SSR的電壓，以判斷是否可使用）
   
   

• 最多可緊密安裝3台
• 3台以上請保留約10mm的間隔
  
  

• 緊密安裝（3台、8台）

1. SSR有分直流電用和交流電用。

2. 相較於SSR漏電流較小

• 失效保全「Failsafe」的概念

1. 關於故障模式
   SSR雖然是最適合需要高頻率開閉、高速開閉用途的繼電器，但若採取錯誤的使用條件及使用方法，將導致元件損壞等故障。
   SSR是由半導體元件所構成的繼電器，會因突波電壓即過電流等造成原件損壞而導致故障。此類的元件故障模式原因幾乎都是短路故障而造成無法遮斷負載。
   因此，考慮以使用SSR的控制迴路提供失效保全功能時，請勿使用僅以SSR遮斷負載電源的迴路，應使用可在SSR異常時以設置於負載電源端的接觸器或斷路器遮斷負載的迴路。
   例如，SSR在以AC馬達作為負載的迴路上發生半波故障時，將轉為DC激磁使過電流流向馬達，導致馬達燒損。遇此情況時，請將迴路配置成利用斷路器來切斷流向馬達的電流。

2. 關於過電流保護
   SSR的負載（LOAD）端若流過短路電流或過電流，就會破壞SSR的輸出元件。
   此時可採取短路保護對策，如與負載串聯加裝速斷保險絲。
   速斷保險絲的統一保護條件，請將SSR的突波耐受量（I_S）、速斷保險絲的限流特性（I_F）、負載的突波電流（I_L）以需符合下列圖表的關係進行設計。

3. 關於動作指示燈
   如下圖所示，動作指示燈顯示對輸入迴路的通電，並非顯示輸出元件的ON狀態。

• 應用迴路範例

1. 連接感測器
   SSR可直接與接近開關、光電開關等感測器連接。

2. 白熾燈的閃爍控制

3. 電爐的溫度控制

4. 單相感應電動機的正轉/反轉

 註

• SSR1或SSR2中呈OFF狀態端的SSR，其LOAD端子間電壓會因LC結合而增加至電源電壓的約2倍，因此務必使用輸出額定電壓高出使用電源電壓2倍以上的SSR。
  （例）若要讓100V交流電源電壓的單相感應電動機正轉/反轉，需使用具備交流200V以上輸出電壓的SSR。
• 切換SW1與SW2時，請務必保留30ms以上的時滯。
  ＊進相電容器放電電流限制電阻。關於本電阻的選擇方法，請向您所使用的馬達製造商確認。
  
  

5. 三相感應電動機的ON/OFF控制

6. 三相馬達的正轉/反轉
   利用SSR進行三相馬達的正轉/反轉時，請務必留意SSR的輸入訊號。同時切換右上圖的SW1與SW2時，負載端會發生相間的短路，導致SSR的輸出元件損壞。這是因為即使沒有對SSR輸入端子輸入訊號，在負載電流變成0之前輸出元件（雙向三極體）仍導通的關係。
   因此切換SW1與SW2時請務必保留30ms以上的時滯。
   此外，若有雜訊對SSR的輸入迴路造成影響導致SSR誤動作時，也造成相間短路、SSR損壞。遇此情況時可採取在迴路內插入可防止短路事故的保護電阻R作為保護對策。請根據SSR的突波電流耐受量來決定要選用的保護電阻R。
   例如G3NA-220B-UTU型的突波ON電流耐受量220A為peak值，因此R＞220V×√2/220A＝1.4Ω。請將迴路電流、通電時間等列入考量，並插入消耗電力變小的一端。
   另外，電阻的電力請以P ＝I2 R×安全率來計算。(I＝負載電流、R＝保護電阻、安全率＝3～5)

7. 變壓器負載突波電流的概念
   使用變壓器負載時的突波電流，在相互電抗不作用的二次側開放狀態時達到最大。此外，該最大電流為電源頻率的1/2循環，因此不使用示波器就很難測量。因此需測量變壓器一次側的直流電阻以預測突波電流。（因自電抗的作用，實際上的值會比計算值還少。）
   I peak＝V peak/R＝ （√2×V） /R
   假設以220V的負載電源電壓使用一次側的直流電阻3歐姆變壓器時，其突波電流將會是
   I peak＝ （1.414×220） /3＝103.7A。
   本公司的SSR通態突波電流耐受量規定為不重複（1天約1～2次），因此請選擇通態突波電流耐受量為此重複峰值I peak的2倍的SSR。
   此時，請選擇具備207.4A以上通態突波電流耐受量的G3□□-220□型或更高的SSR。
   並且將此反向計算，即可算出對應SSR的變壓器一次側的直流電阻值。
   R＝V peak/I peak＝ （√2×V） /I peak
   適用變壓器一次側直流電阻的SSR總覽另外列於附表。
   此一覽表有列出「符合突波電流的SSR」，同時「變壓器的穩態電流符合各SSR的額定電流」也是必要的。
   〈SSR額定電流的讀法〉
   G3□□-240□型
   底線2位數的數字代表穩態電流。（此例為40A）
   僅限G3NH型時：
   G3NH-□075B型＝75A、G3NH-□150B型＝150A
   條件1：SSR的環境溫度（＝面板內溫度）在各SSR額定格溫度範圍以內。
   條件2：已安裝正規散熱器的狀態。

負載電源電壓為100V時

8. 切換變壓器接頭的概念
   使用SSR來切換變壓器接頭時，請務必留意為OFF端之SSR所誘發的電壓。
   感應電壓與圈數（≒接頭電壓）成比例。
   下圖中，假設電源電壓200V、N1＝100次、N2＝100次時SSR2為ON，將會在SSR1兩端施加電源電壓2倍的400V電壓，因此SSR1必須為400V用的SSR。

• SSR的使用方法

• 散熱設計

1. SSR的發熱量
   即使用於SSR的輸出半導體，也就是雙向三極體、閘流體、功率電晶體為ON時，半導體內部仍有殘留電壓。這即是輸出ON壓降。因此負載電流通過時，SSR會產生焦耳熱。此時的發熱量P(W)以發熱量P（W）＝輸出ON壓降（V）×通電電流（A）來計算。
   例如，使用G3NA-210B-UTU型，並通過負載電流8A的電流時 P＝1.6V×8A＝12.8W
   使用將功率MOS FET用於輸出半導體的MOS FET繼電器時，並非以殘留電壓計算發熱量，而是以ON電阻來計算。
   發熱量P （W）以P（W）＝負載電流2（A）× ON電祖（Ω）來計算，G3RZ型的負載電流為0.5A時，P（W）＝0.52A×2.4Ω＝0.6W，但功率MOS FET有ON電阻會隨溫度上升的特性。因此通電中的ON電阻會有變化。負載電流達額定的80％以上時，可採簡易計算法，將ON電阻乘以1.5倍來計算。
   P（W）＝12A×2.4Ω×1.5＝3.6W
   使用SSR時，一般約5A以下可不裝散熱器，但大於5A就必需加裝散熱器。負載電流越大，必須要加裝的散熱器就越大。比起有接點繼電器，10A以上含散熱器的尺寸就有明顯差異，不利於將體積小型化。
   
   
2. 選擇散熱器
   對於散熱器分裝類型的SSR （G3NA型、G3NE型、G3PB 型（三相）等），本公司也有標準散熱器可供加裝，請參考商品型錄，配合負載電流選用。
   對應例如下：
   　G3NA-220B-UTU型：Y92B-N100型
   　G3NE-210T （L）型：Y92B-N50型
   　G3PE-235B-3H型：Y92B-P200型
   若您要市售的散熱器，請使用其熱電阻比本公司標準散熱器更小的產品。
   例如Y92B-N100型的熱電阻為
   　   Y92B-N100型的熱電阻值＝1.63℃/W，
   只要比此熱電阻值更小的散熱器（如1.5℃/W），即可用於G3NA-220B-UTU型的額定。
   熱電阻值代表隨每個單位的熱能（W）而上升的溫度，其數值越小散熱性越好。
   
   
3. 算出散熱板面積的方法
   若要將散熱器分裝類的SSR直接安裝於控制面板等的框架時，務必注意下列事項。
   
   

• 若要使用一般面板所使用的鐵類材質散熱板，請盡量避免10A以上的連續通電。這是因為鐵材質的導熱率比鋁材質還低的關係。各種材質的導熱率（單位：W、m、℃）皆不同，參考如下。
  鐵製材質＝20～50
  鋁製材質＝150～220
  直接安裝SSR時，建議使用鋁製的散熱板。所需的散熱面積請參照各機種型錄記載的資料。
  
  
• SSR 的安裝面（全面）與散熱板之間請務必塗上散熱用矽脂
  （Toshiba Silicone的YG6260、ShinEtsu Silicone的G746等）或舖上導熱片。若只是將SSR安裝於散熱板上將會產生空隙，使SSR無法達到充分散熱，導致SSR因過熱而損壞或性能劣化。
  另外，一般而言導熱片的散熱性比散熱用矽脂差。若要使用導熱片，請參照負載電流－環境溫額定圖表，並以低10％的負載電流低為基準。
  
  

4. 控制面板的散熱設計
   不僅是SSR，只要是使用半導體的控制機器都會自體發熱。一旦環境溫度上昇，半導體的故障率就大幅增加，且溫度會上升10℃，其故障率就昇至2倍（阿瑞尼斯模型）。
   因此抑制控制面板內的溫度上昇，對於長時間確保控制機器的可靠性而言十分重要。
   由於控制面板內有各種會發熱的裝置，雖然不僅必須考量局部的上升溫度，還得參考下述控制面板整體的散熱設計概念。
   若固體牆壁的兩側的高溫流體與低溫流體的溫度分別為th、tc，而導熱面積為A，透過固體牆壁移動的導熱量Q可由下述公式算出。
   Q＝k （th－tc） A
   此處的k為熱傳導係數（W/m2℃），而此公式稱為熱傳導公式。

• 控制面板內期望設定溫度為　40℃
• 控制面板外溫度為　30℃
• 控制面板尺寸為　寬2.5m×高2m×深0.5m的獨立型控制面板（表面積不含底面面積）
• SSR為G3PA-240B型共20台，於30A的電流下連續使用
• SSR以外的控制裝置的總發熱量為　500W
  
  

控制面板內總發熱量P1
　P1＝輸出ON壓降為1.6V×負載電流
  30A×20台＋SSR以外的控制裝置總發熱量 ＝960W＋500W＝1460W
控制面板的散熱量Q2
　Q2＝熱傳導率5×（40℃ －30℃）×（2.5m×2m×2＋0.5m×2m×2＋2.5m×0.5m）＝662.5W
由此可算出必要冷卻能力P2為
　P2＝1460－663＝797W
而僅藉由控制面板表面的散熱並不足夠，必須採取能將797W以上的熱量排出控制面板外的措施。
一般會設置換氣能力達到需求的換氣風扇，但若僅靠風扇冷卻能力仍不足時，則需設置控制面板用冷卻裝置。控制面板用冷卻裝置不僅有冷卻功能，還可有效防濕及防塵，對於控制面板使用壽命上有延長的效益。
軸流式風扇 OMRON製 R87B/F/T型系列
控制面板用冷卻裝置 Apiste製 ENC系列

5. 冷卻裝置的種類
   換氣用軸流式風扇
   可用於一般的換氣冷卻用途。
   本公司備有R87F型、R87T型等AC軸流式風扇系列產品。

• SSR的安裝方法

• 安裝於控制面板
  若為密閉式面板，從SSR產生的熱會充塞於內部，不但造成SSR的通電能力降低，也會對其他電子機器造成不良影響。請務必在面板的上部與下部設置通風孔後使用。使用G3PA型時的建議安裝範例如下所示。下述範例僅為參考標準，最後仍請實施第④項的「設置後的確認」。

④設置後的確認

前述條件是經本公司確認的代表範例。由於條件會因使用環境而異，因此最終仍需測量通電時的環境溫度，並確認是否符合各型號所規定的「額定負載電流與環境溫度」。

環境溫度測量條件

1. 請以控制面板內達到最高溫度的通電條件，且環境溫度達飽和的狀態下進行測量。
2. 環境溫度測量位置請參照圖1。若測量距離100mm以內有佈線槽及其他裝置，請參照圖2。或您無法測量側面溫度時，
   請參照圖3。

3. 面板內安裝有2段以上的SSR，請測量全段的環境溫度，並以達到最高溫度時為基準。但是若測量條件不符合上述內容時，請另外洽詢。