继电器开关性能简要对比

一、主要参数对比

根据不同继电器内部的设计方式，人们可以看到机电继电器（也叫电磁继电器，EMR）和固态继电器（SSR）之间的差异。为了对比不同继电器的固有优势，应该从以下集中参数特征区考量：使用寿命，可靠性，隔离电压，导通电阻，电容和封装尺寸。

1.使用寿命
由于固态继电器（SSR）采用固态技术，它们没有可移动降级或翘曲的部件，所以会具有更长的使用寿命。

2.可靠性
在初始操作期间，两种类型的继电器将表现出类似的可靠性水平。然而，随着时间的推移，固态继电器将表现出一定的优势，原因与其使用寿命更长，没有活动部件相同。此外，无反弹操作可提高继电器的可靠性并确保一致的负载控制。

3.隔离电压
同样，根据结构特点，固态继电器几乎总是表现出比机电继电器更高的从输入到输出的隔离电压。对于许多电信应用，需要至少3750VAC的电压隔离，这使得SSR成为电信设计的最佳选择。

4.电阻
机电继电器的导通电阻一般在100毫欧范围内，而SSR的导通电阻在10欧姆范围内（一般都不会太高）。SSR的导通电阻较高是由MOSFET的特点决定的。EMR的低导通电阻则使其拥有更大的负载电流能力，同时也拥有更少的信号衰减。

5.输出电容
机电继电器通常具有小于1皮法的输出电容，而SSR通常具有大于20皮法的电容。电容是高频信号应用中需要特别注意的问题，所以EMR是高频应用的更好选择。

6.封装尺寸
继电器的内部组件决定了整个封装尺寸。由于EMR内部有机械部件（线圈，铁芯，臂，接触杆臂，弹簧结构）， 尺寸受到的限制比较多，另一方面，SSR仅限于半导体元件的尺寸，显然能够以小得多的封装制造。

二、选择固态继电器的理由

1.功耗
虽然使用两种类型的继电器都有优势，但固态继电器正迅速成为许多应用中的更好选择，特别是在整个电信和微处理器控制行业。高可靠性和长寿命意味着更少的现场故障和更好的产品性能。低输入信号电平是TTL或CMOS应用的理想选择，功耗越低，便携式设备的电池寿命会越长。

2.隔离电压
固态继电器的巨大优势在于隔离电压，封装尺寸和多功能性。 这些优势在电信行业中日益明显。

半导体技术允许制造小型多用途电信继电器，其中一个设备可以处理钩形开关（hook switch）和环路电流或环形检测功能。 更复杂的是一种将1 A型继电器，光耦合器，达林顿晶体管和桥式整流器组合在一个小型16引脚SOIC封装内的器件。 这些多功能继电器为设计工程师开发新的创新传真/调制解调器产品提供了无与伦比的灵活性。

3.成本问题
过去，机电继电器的价格与固态继电器的价格之间存在相当大的差距。对于基本的1 A型SSR，价格比EMR高几美元。随着制造技术的不断进步，这一差距已经大大缩小，使得越来越多的设计工程师能够获得固态技术的优势。

4.预期寿命
在典型应用中，例如，在10mA下切换10伏特，干簧继电器的寿命将超过1亿次操作。我们可以帮助您为您的应用选择最佳继电器。
根据继电器的操作次数，有可能是一天24小时每秒都在切换，一年可能就是31.5百万次。真正的问题的原因可能是随意加载负荷到继电器上。

5.操作时间
干簧继电器的切换时间大概是250μs到1ms之间，时间差异主要是开关的类型引起。A型继电器在单线继电器中切换时间是最快的，一般是250μs，释放时间通常是操作时间的一半。102系列是一系列超小型同轴干簧继电器，适用于高达3 GHz的高频应用。提供两种封装类型，均可在50欧姆系统中实现出色的RF性能，即低插入损耗，良好的隔离和出色的VSWR特性。

这些继电器具有良好的线圈驱动电平，使其成为便携式应用或空间非常宝贵的理想选择。如果需要更小的RF继电器，请查看109RF或111 RF系列。

6.结论
固态继电器的未来看起来很光明。随着半导体制造和制造技术的进一步发展，将出现更高的性能和功能。已经制造出具有小于1欧姆的导通电阻值的MOSFET。随着这些器件变得更容易获得，低导通电阻将不再是选择EMR而不是SSR的决定性因素。随着半导体元件变得更小，封装尺寸也将减小。这些相同的进步意味着SSR和EMR之间的价格差距也将减小。

固态继电器（开关）是经常用于描述继电器的术语，其中路径由半导体材料（硅，砷化镓）形成。与机械开关（簧片继电器，EMR）相比，以这种方式制造的继电器具有优点和缺点：固态继电器（开关）是经常用于描述继电器的术语，其中路径由半导体材料（硅，砷化镓）形成。

与机械开关（簧片继电器，EMR）相比，以这种方式制造的继电器具有以下的优点和缺点：
(1)优点：
①　可以具有高热开关功率
②　规格内无频率使用的磨损量机制
③　操作更快
(2)缺点：
①　更高的直流路径电阻
②　更高的电容，特别是在更高的电流类型上，这限制了带宽
③　断开状态有更高的漏电流
④　较低的隔离电压
有许多类型的固态继电器（开关）可用，但通常认为只有少数适用于测试和测量应用。

三、CMOS开关

CMOS开关由许多半导体公司使用其标准CMOS工艺的变化来实现。通常，这些开关具有相对低的工作电压（+/- 22V或更低），并且当电源施加到开关的信号引脚而其自身的电源电压不存在时容易出现问题。这种情况可能导致开关操作不正确，会在UUT上产生意外负载或在某些情况下损坏开关。在测试系统中，CMOS开关应该受到保护，理想情况下，当UUT通电但开关系统（LXI或PXI）没有时，UUT上不会产生负载。

一些CMOS开关包括故障保护电路 - 如Pickering Interfaces 的40-680 PXI开关模块中所使用的那样。在故障保护开关中，在开关中实现附加串联装置，如果UUT电压高于开关电源电压，则自动断开信号连接，确保在这些情况下开关不加载UUT。如果来自UUT的电压超出了保护电压限制范围内（在40-680到大于+/- 40V的情况下），则开关受到保护并且不会加载UUT。

近年来，CMOS已经应用于RF开关并取得了一些成功，使用先进的CMOS工艺已经实现了具有大于6GHz带宽的RF开关。 与机械开关相比，这些开关往往具有降低的DC电流/电压的能力，因此最适合的应用是在AC耦合电容器去除DC分量。40-880系列RF 6GHz开关模块就是使用CMOS技术。

四、MOSFET开关

MOSFET可用于制作高电流隔离继电器。在典型的开关中，使用两个N型MOSFET，其中源极连接和漏极连接连接在一起，其漏极触点用作信号输入/输出。在栅极和源极方向之间施加隔离的差分电压以使MOSFET导通，MOSFET没有施加电压关闭。需要两个FET来允许开关根据所施加的信号的任一极性进行操作。在ON状态下，两个FET都处于打开状态，在OFF状态下，两个FET都关闭，但其中一个将存在寄生体二极管，防止其形成关闭，第二个FET将确保阻止该导通。

SSR使用两个N沟道MOSFET，其栅极偏压源自LED激发的光电池。

隔离电源可以以多种方式实现，最简单的是使用LED照射太阳能电池以产生使继电器接通所需的电压。可以使用封装器件将LED，太阳能电池和FET集成在一个器件中，例如Pickering Interfaces 40-682 MUX和40-563 BRIC上使用的器件。对于更高的电流和电压应用，虽然需要分立设计，例如40-191和40-192故障插入开关及其衍生物上使用的设计。40-191和40-192提供非常高的热开关功率-超过1kW-没有任何长期退化或可靠性问题。这是此类固态继电器的主要优势，特别是在具有高浪涌电流（浪涌电流处理通常至少是连续额定值的三倍且没有开关劣化）的电源切换到存储电容器或在故障插入应用中试图模拟间歇性故障时。

这种固态继电器非常常见，与高电流应用的EMR相比可以非常紧凑。然而，他们确实有其妥协，就像任何其他开关继电器技术一样。

随着所需的额定电压上升，MOSFET的导通电阻也会增加。 较大的MOSFET具有较低的导通电阻，但它们也具有较高的漏电流和电容，这反过来又限制了带宽。 对于功率应用虽然BW很少受到关注，因为源阻抗必须很低（以避免损耗）-承受高浪涌电流的能力是一个非常关键的因素。