(Mới 2025) SSR là gì? Nguyên lý hoạt động của SSR

Là một loại linh kiện điện tử khá quen thuộc trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa và điều khiển, SSR đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Vì vậy, hôm nay anh em hãy cùng Mecsu tìm hiểu xem thực tế SSR là gì, cấu tạo và nó được hoạt động như thế nào nhé!

1. SSR là gì? (Solid State Relay)

SSR là viết tắt của Solid State Relay, hay còn gọi là Rơ le bán dẫn. Đây là một thiết bị chuyển mạch điện tử, có chức năng đóng ngắt mạch điện tải (tải công suất lớn) khi có tín hiệu điều khiển (có công suất nhỏ) được cấp vào.

Về chức năng, SSR gần giống với rơ le cơ khí (Relay cơ điện - EMR) hay Contactor thông thường. Chúng cũng dùng để điều khiển một tải điện tiêu thụ lớn (như động cơ, đèn sưởi, van điện...) bằng cách sử dụng một tín hiệu điều khiển có dòng điện nhỏ hơn rất nhiều.

Tuy nhiên, điểm khác biệt căn bản nhất là SSR không có bất kỳ bộ phận chuyển động cơ khí nào (như tiếp điểm, cuộn dây, lò xo...). Toàn bộ quá trình đóng ngắt được thực hiện bằng các linh kiện bán dẫn công suất (như TRIAC, SCR, MOSFET, Transistor).

→ Cấu tạo của SSR

Vì không có bộ phận cơ khí chuyển động, cấu tạo tổng quát của SSR khá đơn giản và nhỏ gọn. Cấu tạo cơ bản của một SSR (loại dùng cho tải AC) thường bao gồm:

1. Mạch đầu vào (Input Circuit): Là nơi nhận tín hiệu điều khiển (ví dụ: 3-32VDC, 90-250VAC...). Bộ phận quan trọng ở đây thường là một bộ cách ly quang (Optocoupler / Photocoupler). Bên trong Opto này có một Diode phát quang (LED).
2. Mạch điều khiển (Control Circuit): Nhận tín hiệu quang từ Optocoupler và kích hoạt linh kiện chuyển mạch công suất.
3. Mạch đầu ra (Output Circuit - Mạch công suất): Là linh kiện bán dẫn công suất chịu trách nhiệm đóng ngắt tải.
   • Đối với tải AC (xoay chiều): Thường dùng TRIAC (cho công suất nhỏ/trung bình) hoặc hai con SCR (Thyristor) đấu song song ngược (cho công suất lớn).
   • Đối với tải DC (một chiều): Thường dùng Transistor công suất (BJT) hoặc MOSFET công suất.
4. Mạch bảo vệ (Protection Circuit - Tùy chọn): Có thể bao gồm mạch dập xung áp (Snubber) để bảo vệ TRIAC/SCR khỏi các xung điện áp cao khi chuyển mạch tải có tính cảm (như động cơ).

→ Nguyên lý hoạt động của SSR

Nguyên lý hoạt động của SSR (loại Opto-TRIAC) khá đơn giản:

1. Khi cấp tín hiệu điều khiển (ví dụ 5VDC) vào hai cực đầu vào (Input): Dòng điện điều khiển nhỏ này sẽ làm cho con LED bên trong Optocoupler phát sáng.
2. Kích hoạt cách ly: Ánh sáng từ LED sẽ chiếu vào một linh kiện nhạy quang (như Photo-TRIAC hoặc Photo-Transistor) nằm cùng trong Opto, làm cho linh kiện nhạy quang này dẫn điện. Quá trình này đảm bảo cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển (ví dụ: 5V) và mạch công suất (ví dụ: 220VAC).
3. Kích hoạt mạch công suất: Tín hiệu từ linh kiện nhạy quang sẽ được đưa đến cực Gate (cực điều khiển) của linh kiện công suất (TRIAC hoặc SCR) ở mạch đầu ra.
4. Đóng mạch tải: TRIAC (hoặc SCR) được kích hoạt sẽ "dẫn", cho phép dòng điện AC 220V chạy qua hai cực đầu ra (Output), cấp nguồn cho tải (đèn, động cơ...) hoạt động. SSR ở trạng thái ON.
5. Khi ngắt tín hiệu điều khiển: LED trong Opto tắt → Linh kiện nhạy quang ngưng dẫn → Cực Gate của TRIAC/SCR không còn được kích → TRIAC/SCR sẽ tự động ngắt (OFF) khi dòng điện AC đi qua điểm 0 tiếp theo. Mạch tải bị ngắt.

→ Các thông số quan trọng của SSR

Khi chọn mua SSR, anh em cần đặc biệt lưu ý các thông số sau:

• Điện áp điều khiển (Input Voltage): Là dải điện áp cần cấp vào cực Input để kích hoạt SSR. Ví dụ: 3-32VDC (nghĩa là có thể kích bằng 5V, 12V, 24V DC) hoặc 90-250VAC. Phải chọn đúng loại phù hợp với tín hiệu điều khiển (ví dụ: ngõ ra PLC, cảm biến...).
• Dòng điện điều khiển (Input Current): Là dòng điện tiêu thụ ở đầu vào. Thường rất nhỏ, vài mA đến vài chục mA.
• Loại tải (Output Load): Phải chọn đúng loại SSR dùng cho tải AC (ví dụ: LOAD: 24-480VAC) hay dùng cho tải DC (ví dụ: LOAD: 5-60VDC). Dùng lẫn lộn sẽ gây cháy hỏng!
• Dòng điện chịu tải đầu ra (Output Current): Là dòng điện tối đa mà tải tiêu thụ. Ví dụ: 40A, 25A. Anh em luôn phải chọn dòng tải của SSR lớn hơn dòng điện thực tế của tải, và bắt buộc phải lắp SSR lên đế tản nhiệt (heat sink) nếu dòng tải lớn (thường là trên 5A) để tránh quá nhiệt gây hỏng.
• Điện áp chịu tải đầu ra (Output Voltage): Là dải điện áp mà SSR có thể đóng ngắt. Phải lớn hơn điện áp của tải.
• Loại chuyển mạch (Switching Type): Sẽ được giải thích ở mục dưới (Zero-Switching, Instant ON...).

2. Phân biệt 04 loại SSR thường gặp (Theo kiểu chuyển mạch)

Đối với SSR dùng cho tải AC, có nhiều kiểu kích hoạt TRIAC/SCR khác nhau:

#1 Zero-Switching Relays (Rơ le chuyển mạch tại điểm Zero)

Còn gọi là rơ le "Zero-Crossing". Đây là loại rơ le được dùng phổ biến nhất cho các tải thuần trở (Resistive Load) như đèn sưởi, điện trở nhiệt.

Khi nhận được tín hiệu điều khiển, rơ le sẽ không bật (ON) ngay lập tức. Nó sẽ chờ cho đến khi điện áp AC của nguồn điện đi qua điểm gần bằng 0 Volt tiếp theo thì nó mới kích hoạt đóng tải. Tương tự, khi ngắt điều khiển, nó sẽ chờ đến khi dòng điện tải về 0 (điểm qua 0 của dòng điện) thì nó mới ngắt.

Ưu điểm: Việc đóng/ngắt tại điểm 0V giúp giảm thiểu tối đa xung nhiễu điện từ (EMI/RFI) và sốc dòng điện (inrush current) lên tải, giúp hệ thống hoạt động êm ái.

#2 Instant-ON Relays (Rơ le kích hoạt tức thì)

Còn gọi là rơ le "Random Switching". Là loại SSR sẽ bật (ON) tải ngay lập tức tại thời điểm nó nhận được tín hiệu điều khiển, bất kể điện áp AC đang ở pha nào (đang ở đỉnh, ở giữa hay ở 0V).

Ưu điểm: Thời gian đáp ứng rất nhanh. Phù hợp cho các ứng dụng cần điều khiển đóng ngắt nhanh hoặc các tải có tính cảm (Inductive Load) như động cơ, biến áp, van solenoid (nơi việc đóng ngắt tại điểm 0V không phải là tối ưu).

#3 Peak Switching Relays (Rơ le chuyển mạch tại điểm Đỉnh)

Loại này ngược lại với Zero-Switching. Khi nhận tín hiệu điều khiển, nó sẽ chờ cho đến khi điện áp AC của nguồn điện đạt đến đỉnh (Peak) của chu kỳ (ví dụ: +311V đối với lưới 220V) thì nó mới kích hoạt đóng tải. Nó cũng thường ngắt tải khi dòng điện về 0.

Ứng dụng: Thường dùng cho các loại tải có tính cảm ứng cao, giúp giảm thiểu từ hóa ban đầu.

#4 Analog Switching Relays (Rơ le chuyển mạch tương tự / Điều pha)

Loại này có tín hiệu đầu vào là tín hiệu analog (ví dụ: 4-20mA hoặc 0-10VDC) thay vì ON/OFF. Nó cho phép điều khiển công suất ra tải một cách tỷ lệ.

Nó hoạt động bằng cách điều khiển góc pha (Phase Angle Control): Trong mỗi nửa chu kỳ của sóng AC, rơ le sẽ kích hoạt TRIAC/SCR chậm lại một góc (pha) nhất định, tỷ lệ với tín hiệu điều khiển analog. Điều này giúp "cắt xén" sóng AC, làm giảm điện áp hiệu dụng và công suất cấp cho tải.

Ứng dụng: Dùng để điều khiển độ sáng đèn (dimming), điều khiển tốc độ quạt, và đặc biệt là điều khiển nhiệt độ (kết hợp với bộ điều khiển PID) cho các thanh đốt nhiệt một cách chính xác.

3. So sánh SSR (Rơ le bán dẫn) và EMR (Rơ le cơ khí / Contactor)

Có nhiều anh em hay nhầm lẫn giữa SSR và SCR. Thực tế, SCR (Thyristor) là linh kiện bên trong SSR, dùng để đóng ngắt tải. Có lẽ anh em đang muốn so sánh giữa SSR (Rơ le bán dẫn) và Rơ le cơ khí (EMR - Electro-Mechanical Relay) hay Contactor (Khởi động từ).

Rơ le cơ khí (EMR) / Contactor:

• Ưu điểm: Giá rẻ, dễ sử dụng, có thể chịu quá tải nhất thời tốt, điện trở tiếp điểm khi đóng là rất thấp (gần như bằng 0) nên ít tỏa nhiệt, cách ly điện hoàn toàn khi mở.
• Nhược điểm: Tốc độ đóng ngắt rất chậm (vài chục mili giây), gây tiếng ồn "tạch tạch" khi hoạt động, có phát sinh tia lửa điện (hồ quang) ở tiếp điểm (gây nhiễu EMI và mòn tiếp điểm), tuổi thọ cơ khí thấp (bị mòn tiếp điểm sau vài trăm ngàn đến vài triệu lần đóng ngắt).

SSR (Rơ le bán dẫn):

• Ưu điểm:
  • Tốc độ đóng ngắt cực nhanh (vài micro giây đến mili giây).
  • Hoạt động hoàn toàn êm ái (không gây tiếng ồn cơ khí).
  • Không phóng điện hồ quang, không mòn tiếp điểm, giúp giảm nhiễu điện từ.
  • Tuổi thọ rất cao (hàng chục, hàng trăm triệu lần đóng ngắt) vì không có bộ phận cơ khí chuyển động.
  • Cần dòng điều khiển rất nhỏ, dễ dàng điều khiển trực tiếp từ PLC, Vi điều khiển.
  • Có các loại Zero-crossing giúp giảm sốc dòng.
• Nhược điểm:
  • Sinh nhiệt khi dẫn điện: Khác với tiếp điểm cơ, linh kiện bán dẫn (TRIAC/SCR) luôn có một mức sụt áp nhỏ (khoảng 1-2V) khi dẫn dòng. Khi dòng tải lớn, lượng nhiệt tỏa ra (P = V * I) là đáng kể. Vì vậy, SSR bắt buộc phải lắp trên đế tản nhiệt (Heat Sink) khi dùng với tải lớn, nếu không sẽ bị quá nhiệt và cháy.
  • Dòng rò (Leakage Current): Khi ở trạng thái TẮT, SSR vẫn có một dòng điện rò rỉ rất nhỏ đi qua tải (không cách ly hoàn toàn như tiếp điểm cơ).
  • Nhạy cảm với quá áp/quá dòng: Linh kiện bán dẫn dễ bị phá hủy bởi các xung điện áp cao hoặc quá dòng đột ngột.
  • Giá thành: Thường đắt hơn rơ le cơ khí ở cùng mức công suất.

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP CÓ SẴN - GIAO NGAY TẠI MECSU

Tham khảo thêm tại Mecsu

>>> 100+ Mã Sản Phẩm Dây Rút: https://mecsu.vn/san-pham/day-rut-nhua.5op

>>> 1000+ Mã Sản Phẩm Đầu Cosse: https://mecsu.vn/san-pham/dau-cosse.Q1j

Mời anh em đọc thêm:

• Contactor (Khởi động từ) là gì? Cách lựa chọn contactor chuẩn nhất
• Mosfet là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Mosfet
• Sênô (Máng xối) là gì? Các loại sênô phổ biến nhất hiện nay

Trên đây là một số thông tin căn bản nhất cho anh em khi tìm hiểu về SSR là gì. Nhìn chung, SSR là một giải pháp thay thế tuyệt vời cho rơ le cơ khí trong các ứng dụng đòi hỏi tần số đóng ngắt cao, yêu cầu độ ồn thấp, và tuổi thọ lâu dài (như điều khiển nhiệt độ, đèn...). Những kiến thức chuyên sâu và chi tiết hơn sẽ được Mecsu tiếp tục cập nhật và làm rõ trong các số tiếp theo. Anh em đón đọc để nắm thêm thông tin nhé!

v