一些人認(rèn)為固態(tài)繼電器是卓越的電源開(kāi)關(guān)解決方案，但其他人會(huì)認(rèn)為，電動(dòng)機(jī)械繼電器無(wú)疑是首選。誰(shuí)正確并且是什么原因呢？為了回答這些問(wèn)題，讓我們來(lái)探索電動(dòng)機(jī)械繼電器和固態(tài)繼電器之間的區(qū)別、它們的工作原理、并比較它們多個(gè)級(jí)別的性能規(guī)格。

繼電器是什么？

繼電器是可以用來(lái)分配電源的電源開(kāi)關(guān)解決方案，不需要手動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)。繼電器只需要微小的電信號(hào)就能打開(kāi)和關(guān)閉電源。打個(gè)比喻，對(duì)于大很多的電信號(hào)，這一信號(hào)就像一個(gè)“看門人”。對(duì)于高功率信號(hào)進(jìn)行低功率控制的能力使得繼電器在電子學(xué)的發(fā)展歷程中占據(jù)了顯著地位。

電動(dòng)機(jī)械繼電器和固態(tài)繼電器有什么區(qū)別？

電動(dòng)機(jī)械繼電器 (EMR)

電動(dòng)機(jī)械繼電器使用物理移動(dòng)部件連接繼電器輸出元器件內(nèi)的觸點(diǎn)。此觸點(diǎn)的移動(dòng)是使用來(lái)自低功率輸入信號(hào)的電磁力產(chǎn)生的，從而允許包含高功率信號(hào)的電路完成。電動(dòng)機(jī)械繼電器內(nèi)的物理元器件通常會(huì)發(fā)出“咔噠”的聲音，在一些情況下會(huì)很有用，但它可能導(dǎo)致內(nèi)部電弧，并且相對(duì)而言，移動(dòng)會(huì)需要大量的時(shí)間。

固態(tài)繼電器 (SSR)

固態(tài)繼電器可能恰恰是半導(dǎo)體行業(yè)的典型代表。SSR 使用低功率電信號(hào)產(chǎn)生光學(xué)半導(dǎo)體信號(hào)，一般會(huì)包含用來(lái)傳輸輸出信號(hào)并為其供電的光耦合器。被激活時(shí)，輸出光學(xué)信號(hào)會(huì)發(fā)揮“開(kāi)關(guān)”的作用，允許高功率信號(hào)通過(guò) SSR 的輸出元器件。有幾種方法來(lái)做到這一點(diǎn)，但其中的共同主題就是缺少移動(dòng)部件，因此讓它們變成固態(tài)。

圖 1 — 一個(gè)典型的電動(dòng)機(jī)械繼電器 (EMR)，以及一個(gè)描述其移動(dòng)部件的 EMR 方框圖。

圖 2 — 面板安裝固態(tài)繼電器 — 來(lái)自 Crydom 公司和顯示光晶體管機(jī)制的圖解。圖解由 Wikipedia 友情提供。

這兩種技術(shù)都能應(yīng)用于取暖、照明和運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域。然而，固態(tài)繼電器在大多數(shù)比較類別中優(yōu)于電動(dòng)機(jī)械繼電器。電動(dòng)機(jī)械繼電器是一種相對(duì)舊的技術(shù)，其機(jī)械設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，而固態(tài)繼電器比較新而且先進(jìn)，當(dāng)然，也更復(fù)雜。恐怕有人會(huì)說(shuō)，完成同樣的任務(wù)，復(fù)雜的東西并不一定比簡(jiǎn)單的產(chǎn)品好。但是，更復(fù)雜的 SSR 就是能在性能上贏得人們的支持。

和電動(dòng)機(jī)械繼電器相比，使用固態(tài)繼電器有哪些優(yōu)點(diǎn)？

和電動(dòng)機(jī)械繼電器相比，固態(tài)繼電器的前期預(yù)付價(jià)格非常高，甚至高得驚人。但是，取代 EMR 而集成 SSR 的整體成本可能相同甚至更低，取決于具體應(yīng)用，我們稍后會(huì)進(jìn)行討論。此外，SSR 在許多領(lǐng)域的性能通常要優(yōu)于 EMR。讓我們對(duì)兩者進(jìn)行比較：

如您所見(jiàn)，和 EMR 相比，SSR 在性能和提供的功能方面通常更有活力。但是在某個(gè)領(lǐng)域，EMR 常常有著優(yōu)勢(shì)：熱力管理。由于它們的物理特性，SSR 的功率耗散在數(shù)量級(jí)上大于電動(dòng)機(jī)械繼電器。這通常意味著元器件設(shè)計(jì)師必須將散熱器和風(fēng)扇集成到自己的設(shè)計(jì)中，這就的確會(huì)增加使用 SSR 的整體前期預(yù)付成本。

在您單純因?yàn)榍捌陬A(yù)付成本而放棄選擇 SSR 之前，讓我們來(lái)詳細(xì)談?wù)効傮w擁有成本以及確保“成本”真正意義的個(gè)體。

比較成本：為何 SSR 從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看是值得的

工程師通常專注于性能，而更好的性能往往意味著更高的成本。另一方面，供應(yīng)鏈管理者更關(guān)心的是零部件的初始定價(jià)和交貨時(shí)間，它們被稱為采購(gòu)成本。 商業(yè)和營(yíng)銷管理者關(guān)注的焦點(diǎn)是保修成本，比如預(yù)期壽命和相關(guān)的維修成本，由故障停機(jī)時(shí)間、行程時(shí)間、更換和維修時(shí)間以及人力資源所組成。在所有這些成本中，只有零部件的初始定價(jià)可以等同于前面提及的“一次性前期預(yù)付成本”。

但是，只因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)械繼電器有一個(gè)較低的初始價(jià)格標(biāo)簽，但考慮到將來(lái)所有其他隱藏成本的總和，并不意味著它們的成本更低。在當(dāng)今的企業(yè)中，管理者往往要求更快“更好更便宜”的解決方案，這經(jīng)常是相互競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)先事項(xiàng)，但更便宜不一定意味著更快和/或更好。 然而，考慮到總體擁有成本，使用 Crydom 固態(tài)繼電器和接觸器，你的確可以實(shí)現(xiàn)更快、更好、更便宜。 他們的固態(tài)繼電器能可靠地執(zhí)行解決方案，從而確保應(yīng)用程序的壽命，所以在安裝了后，您很少需要擔(dān)心對(duì)它們進(jìn)行維護(hù)、修理或更換。

比較總體擁有成本的有用工具

為了幫助分析 SSR 對(duì)比 EMR 的總體擁有成本 (TCO)，Crydom 公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)易于使用的 TCO 計(jì)算器，可以在其網(wǎng)站的“工具”選項(xiàng)卡下找到。計(jì)算器考慮到了與直接及間接成本相關(guān)的信息，而且還假設(shè)這兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)解決方案均被選定用來(lái)匹配負(fù)載和電源系統(tǒng)。 此外，該計(jì)算器還融合了主要與技術(shù)相關(guān)的成本，因?yàn)檫@些成本在各種應(yīng)用中很常見(jiàn)。

該計(jì)算器的單位成本是電源開(kāi)關(guān)解決方案的收購(gòu)成本。還有用于增加散熱片（適用于 SSR）和插座（適用于 EMR）的收購(gòu)成本，如果在應(yīng)用中需要二者中的一種。 還會(huì)考慮到通過(guò)周期數(shù)或運(yùn)行的數(shù)量來(lái)計(jì)量的預(yù)期壽命，因?yàn)樗鼈兪菍?duì)一個(gè)給定應(yīng)用的具體要求。其中可能包括每分鐘預(yù)期周期數(shù)或負(fù)載類型（如電阻，電感，變壓器/電容器，或鎮(zhèn)流器）。

對(duì)于 EMR，估算預(yù)期壽命需要根據(jù)負(fù)載類型進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算器可根據(jù)選定的負(fù)載自動(dòng)選擇適合的降額值：馬達(dá)、線圈或螺線管為 80% 降額；變壓器或電容器為 75% 降額；鎮(zhèn)流器為 70% 降額。 在計(jì)算中還包括了保修期，用于總成本估計(jì)結(jié)果的時(shí)間參考。 保修期可以調(diào)整，以顯示不同的時(shí)間范圍，從一個(gè)月到一年或更久。 每次保養(yǎng)服務(wù)的成本，必須考慮到另一個(gè)變量，因?yàn)樗诓煌膽?yīng)用之間或從一個(gè)商業(yè)模式轉(zhuǎn)換到另一個(gè)商業(yè)模式時(shí)會(huì)發(fā)生變化。圖 3 展示了 Crydom 公司的 TCO 計(jì)算器。

圖 3 — Crydom 公司的 TCO 計(jì)算器。

你在電動(dòng)機(jī)械繼電器技術(shù)和固態(tài)技術(shù)之間中做出選擇時(shí)，要適應(yīng) SSR 的前期預(yù)付成本可能有有所困難。但是，雖然 EMR 的初始成本小于 SSR，但隨著循環(huán)計(jì)數(shù)的增加， EMR 的維護(hù)、修理和/或替換成本也會(huì)增加。所以，一旦你設(shè)法克服了 SSR 和 EMR 的總體擁有成本障礙，你很快就會(huì)認(rèn)識(shí)到，SSR 的壽命成本在很多情況下等于或小于EMR。由于 SSR 在功能和性能方面都超過(guò) EMR 的優(yōu)勢(shì)，決定將 SSR 集成到您的設(shè)計(jì)中就不會(huì)難了。