一种智能固态继电器的智能操控方法与流程

本发明涉及依赖于计算机的智能控制技术，尤其是一种智能固态继电器的智能操控系统及操控方法，应用于工业自动化控制中与制造执行管理系统(MES)良好对接的基层数据，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好操控方法和企业信息管理，也适用于联网、大数据信息反馈提供了良好信息基础。

背景技术：

当前具备自动保护功能的智能单相交流固态继电器(调压器)、智能三相交流固态继电器(调功器)、智能直流固态继电器，广泛应用于工业电机、可控阻性加热器等场合。这类智能固态继电器通过设定输出功率、精确的控制负载功率，用于工业控制中的温度、转速、流量、光亮度等的调控。

智能固态继电器与普通常规固态继电器最大的区别在于：普通常规固态继电器只有开(导通)或关(截止)二个状态，而智能固态继电器除了有开(导通)或关(截止)二个状态外，还有一个开、关之间的中间状态，也就是智能地对所工作的客观条件进行电流、电压、温度合理感应分析、判断及有效快捷反应和有效地处理，并具备充份保护智能固态继电器器件本身和负载安全、高可靠运行的综合能力。此外，还有一组向数据控制中心输出智能固态继电器和所驱动的负载工作状态的信号，以满足工业自动化生产的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种智能固态继电器的智能操控方法，应用于智能固态继电器在工业自动化控制中与制造执行管理系统(MES)良好对接基层数据，能够对单一的大批量生产和既有多品种小批量生产又有大批量生产的混合型制造企业提供良好操控方法和企业信息管理；也可为物联网、大数据信息反馈系统提供良好信息基础。

其二，提供一种适用于上述操控系统的智能固态继电器。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案实现：

本发明提出的这种智能固态继电器的操控方法，它单相交(直)流智能固态继电器操控方法和三相交流智能固态继电器操控方法

在采用单相交(直)流电源时，其操控方法如下：

首先，由控制中心(PLC工控中心或者是PC电脑数据中心)发出操作指令，并通过数据总线将指令输入智能固态继电器。

随后，智能固态继电器依据指令分别依次输出器件代码A、输入控制信号B、输出控制信号C、输出工作信号D、工作状态信号E；上述依序输出的五个信号在判断无误的状态下时，直接表示该智能固态继电器处于正常工作状态，并表示整个受智能固态继电器控制的系统处于正常工作状态；一旦器件代码A、输入控制信号B、输出控制信号C、输出工作信号D、工作状态信号E中的某一信号的输入出现差错时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

在实际操控中，智能固态继电器处于输出工作信号D阶段时，该输出工作信号除了由智能固态继电器进行输出工作信号的正确与否的判断外；同时也进行短路保护检测，一旦短路检测显示故障状态时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

此外，当智能固态继电器处于工作信号E阶段时，该输出工作状态信号E除了由智能固态继电器进行对输出的工作状态信号的正确与否的判断外；同时也进行过热保护检测，一旦判断处于过热故障状态时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

其中在采用三相交流电源时，其操控方法如下：

首先，由控制中心(PLC工控中心或者是PC电脑数据中心)发出操作指令，并通过数据总线将指令输入智能固态继电器。

随后，智能固态继电器依据指令分别依次输出器件代码A、输入控制信号B、输出控制信号C、输出工作信号D、工作状态信号E；上述依序输出的五个信号在判断无误的状态下时，直接表示该智能固态继电器处于正常工作状态，并表示整个受智能固态继电器控制的系统处于正常工作状态；一旦某一信号的输入出现差错时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

在实际操控中，智能固态继电器处于输出控制信号C阶段时，该输出控制信号C除了由智能固态继电器进行输出控制信号C的正确与否的判断外；同时也进行三相电压缺相检测，一旦出现缺相故障状态时，所输出的这一输出控制信号C则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

此外，在智能固态继电器处于输出工作信号D阶段时，该输出工作信号D除了由智能固态继电器进行输出工作信号D的正确与否的判断外；同时也进行三相短路故障检测，一旦出现短路故障状态时，所输出的这一输出工作信号D则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

此外，当智能固态继电器处于工作信号E阶段时，该输出工作状态信号E除了由智能固态继电器进行对输出的工作状态信号的正确与否的判断外；同时也进行过热保护检测，一旦判断处于过热故障状态时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

作为对本发明的进一步改进，本发明提供一种智能固态继电器的智能操控系统及操控方法，还可以采取以下几种改进：

在智能固态继电器的工作输入端采集输入信号。

在智能固态继电器的工作输出端采集输出信号。

在智能固态继电器工作状态端采集输出信号。

利用单个智能固态继电器个体具备唯一代码数据、输入工作信号采集数据、输出工作信号采集数据、工作状态信号采集数据等各种采集到的数据，通过逻辑表现及AD转换，通过I/O接口反馈输出到数据总线，以确保实时工作状态和及时处理。

利用智能固态继电器采集输出信号通过USB2.0接口与数据总线对接，并从数据总线得到控制中心信号的数据反馈。

这种智能固态继电器，包括：整体铝合金散热外壳、安装基板、金属导热板、功能感应PCB板、控制板、电流感应传感器、电力半导体器件；其中电力半导体器件具有引出端子；所述电力半导体器件固定在安装基板上；所述安装基板直接焊接在整体铝合金散热外壳上；所述电流感应传感器套装在引出端子上；所述功能感应PCB板固定在所述引出端子上；所述引出端子和感应PCB板引出线都与所述控制板连接；所述整体铝合金散热外壳与在所述电力半导体器件上方所述金属导热板相连，构成一个热传导闭合回路，并有良好电磁兼容(EMC)抗干扰能力；所述安装基板为陶瓷覆铜板，安装基板直接焊接在整体铝合金散热外壳上；所述电力半导体器件为增强型可控硅芯片组或高性能绝缘型晶体管芯片组；所述功能感应PCB板设置有过电压保护电路、过温保护电路和工作状态信号输出电路。

所述的电流感应传感电路包括：调节电阻、输出电阻、小型整流桥堆、单向触发可控硅、电流感应传感器和光耦；所述调节电阻并联在电流感应传感器的线圈的两端；所述小型整流桥堆的输入端与线圈的两端相连，输出端与光耦的输入端相连；所述单向触发可控硅的正极与第一输出端、光耦的一个输出端相连；负极与第二输出端相连、触发极经过输出电阻与光耦的另一个输出端相连。

所述过电压保护电路包括压敏电阻、限流电阻、双向触发二极管和发光二极管；所述压敏电阻并联在所述电力半导体器件上；所述限流电阻、所述双向触发二极管、所述发光二极管的正极串联后，与所述压敏电阻并联。

所述的过温保护电路包括两个温度传感器，紧邻电力半导体器件设置。

所述的所述发光二极管与所述一个小型整流桥堆并联，通过整流后输出一个直流工作状态信号，反馈到控制中心。

根据以上技术方案提出的这种智能固态继电器的智能操控系统及操控方法、以及适用于上述测控系统的智能固态继电器，利用智能固态继电器设有开(导通)或关(截止)二个状态外，还有一个开、关之间的中间状态，也就是智能的对所工作的客观条件进行电流、电压、温度合理感应分析、判断及有效快捷反应和有效地处理，并具备充份保护智能固态继电器器件本身和负载安全、高可靠运行的综合能力。并有一组向控制中心输出智能固态继电器和所驱动的负载工作状态的信号，以满足工业自动化生产的需要。

附图说明

图1为本发明涉及的智能固态继电器的操控系统示意图；

图2为单相交(直)流智能固态继电器操作方法流程示意图；

图3为三相交流智能固态继电器操作方法流程示意图；

图4应用于本发明的一种智能固态继电器的结构示意图；

图5为应用于本发明的交流单相智能固态继电器的电路图。

图6为应用于本发明的交流三相智能固态继电器的结构示意图。

图7应用于本发明的直流智能固态继电器的电路图。

具体实施方式

以下结合附图进一步阐述本发明，并结合本发明的实施例进一步阐述本发明。

如图1所示的这种包括具备唯一代码的单个智能固态继电器个体、数据总线、以及通过数据总线与智能固态继电器个体建立信号沟通的控制中心；所述的智能固态继电器从数据总线得到控制中心控制信号、并又通过、数据总线将智能固态继电器综合保护功能与负载的工作状态通过I/O接口反馈到控制中心，由此实现智能固态继电器与控制中心之间的双向数据输入、输出的双向通信功能。

所述的控制中心为PLC构建的工控中心，或者是计算机终端。

图2给出的为采用单相交(直)流电源的智能固态继电器操控方法流程示意图。

这种采用单相交(直)流电源的智能固态继电器智能操控方法如下：

首先，由控制中心(PLC工控中心或者是PC电脑数据中心)发出操作指令，并通过数据总线将指令输入智能固态继电器。

随后，智能固态继电器依据指令分别依次输出器件代码A、输入控制信号B、输出控制信号C、输出工作信号D、工作状态信号E；上述依序输出的五个信号在判断无误的状态下时，直接表示该智能固态继电器处于正常工作状态，并表示整个受智能固态继电器控制的系统处于正常工作状态；一旦器件代码A、输入控制信号B、输出控制信号C、输出工作信号D、工作状态信号E中的某一信号的输入出现差错时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

此外，在智能固态继电器处于输出工作信号D阶段时，该输出工作信号除了由智能固态继电器进行输出工作信号的正确与否的判断外；同时也进行短路保护检测，一旦短路检测显示故障状态时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

此外，当智能固态继电器处于工作信号E阶段时，该输出工作状态信号E除了由智能固态继电器进行对输出的工作状态信号的正确与否的判断外；同时也进行过热保护检测，一旦判断处于过热故障状态时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

图3为采用三相交流电源的智能固态继电器操控方法。

这种采用三相交流电源时的智能固态继电器操作方法如下：

首先，由控制中心(PLC工控中心或者是PC电脑数据中心)发出操作指令，并通过数据总线将指令输入智能固态继电器。

随后，智能固态继电器依据指令分别依次输出器件代码A、输入控制信号B、输出控制信号C、输出工作信号D、工作状态信号E；上述依序输出的五个信号在判断无误的状态下时，直接表示该智能固态继电器处于正常工作状态，并表示整个受智能固态继电器控制的系统处于正常工作状态；一旦某一信号的输入出现差错时，所输出的这一信号则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

此外，在智能固态继电器处于输出控制信号C阶段时，该输出控制信号C除了由智能固态继电器进行输出控制信号C的正确与否的判断外；同时也进行三相电压缺相检测，一旦出现缺相故障状态时，所输出的这一输出控制信号C则直接返回智能固态继电器，驱使智能继电器停止工作。

图4-图7给出的智能固态继电器结构包括：整体铝合金散热外壳1、焊锡层2、安装基板(DBC)3、金属导热板4、功能感应PCB板5、引出端子6、控制板7、电流感应传感器8、电力半导体芯片组9组成。

电力半导体芯片组9固化焊接在安装基板(DBC)3上，电力半导体芯片组9可以是大功率双向可控硅，也可以是二个大功率单向可控硅反向并联形成的增强性电力控制器件，以上都可应用于交流控制电路。还可以是大功率高性能绝缘型晶体管(IGBT)或大功率场效应管(MOS)，应用于直流控制电路。电力半导体芯片组9可按不同功能组成单芯组(交流单向或直流应用)、双芯组(交流单向增强型)、叁芯组(三相交流)和六芯组(三相交流增强型)。为了增强安装基板(DBC)3的热强度，不宜多芯同用一块基板，最多不超过叁芯。把已经焊接了芯片组的安装基板(DBC)3通过中温锡浆形成的焊锡层2直接焊接在整体铝合金散热外壳1上，能增加散热面积，提高功率密度。

在电力半导体芯片组9上方设置一块金属导热板4，两端与整体铝合金散热外壳1紧密相连，构成一个热传导闭合回路。这样能非常有效的把在电力半导体芯片组9的工作温度，我们称为结温，快速的传导到整体铝合金散热外壳1，使结温与壳温同步。提高了智能固态继电器的电功率密度。并且有效的屏蔽了电力半导体芯片组9工作时产生的电磁干扰和不受外界电磁波影响，具有良好的电磁兼容(EMC)功能。

以电力半导体芯片组9的引出端子6作为支撑，把电流感应传感器8套装于上。再可根据不同的工作要求、功能需要，制作不同的功能感应PCB板5，本实施例中，过电压保护电路、过温保护电路和短路保护电路就设置在功能感应PCB板5上。功能感应PCB板5也以电力半导体芯片组9的引出端子6作为支撑，可多层多块，立体安装，本实施例中，感应PCB板5为两层三块，分别为过温保护电路(5-1)和过电压保护电路、控制信号输出(5-2)为一层二块，短路(过流)保护电路(8)为独立一块功能感应PCB板。最后用二氧化硅颗粒和IC专用胶混合高导热绝缘材料封装完成。

图5是交流单相智能固态继电器的电路图。

如图5所示，以电力半导体芯片组(交流单相增强型可控硅芯片组)的电路连接进行说明，电力半导体芯片组9(交流单相增强型可控硅芯片组)由二个大功率单向可控硅SCR1、SCR2反向并联构成。

过温保护电路(5-1)包括第一温度传感器R1和第二温度传感器R2。第一温度传感器R1为PCT温度传感器，一端与控制板7第一输入端Vin1相连，另一端与增强型可控硅芯片的单向可控硅SCR1的触发极相连。

第二温度传感器R2也为PCT温度传感器，一端与控制板7第二输入端Vin2相连，另一端与增强型可控硅芯片的单向可控硅SCR2的触发极相连。第一温度传感器R1、第二温度传感器R2分别设置在单向可控硅SCR1、SCR2的上方。

过电压保护电路和控制信号输出(5-2)包括：压敏电阻R3、限流电阻R4、双向触发二极管D1、发光二极管D2和小型整流桥堆D3。

压敏电阻R3并联在增强型可控硅芯片上，两端分别与二个大功率单向可控硅SCR1、SCR2的两个输出端连接点相连。

限流电阻R4、双向触发二极管D1、发光二极管D2的正极串联后，与压敏电阻R3并联，也就是与增强型可控硅芯片并联。

发光二极管D2与小型整流桥堆D3输入端连接，经过整流后输出一个直流工作状态信号Vout3、Vout4。

电流感应传感电路8包括：调节电阻R5、输出电阻R6、小型整流桥堆D4、单向触发可控硅SCR3、电流感应传感器L和光耦IC。

电流感应传感器L的线圈套在增强型可控硅芯片的引出端子上即可。调节电阻R5并联在线圈的两端。小型整流桥堆D4的输入端与线圈的两端相连，输出端与光耦IC的输入端相连。单向触发可控硅SCR3的正极与第一输出端Vout1、光耦IC的一个输出端相连；负极与第二输出端Vout2相连、触发极经过输出电阻R6与光耦IC的另一个输出端相连。

电路图中所有的输入控制信号Vin1、Vin2和输出信号Vout1、Vout2、Vout3、Vout4都与控制板7相连。

两个引出端子6分别与增强型可控硅芯片的二个单向可控硅SCR1、SCR2的连接点相连并连接控制板。

交流单相智能固态继电器的综合保护电路的工作过程：

由控制板得到一个控制开关的电信号，从第一输入端Vin1和第二输入端Vin2端输入一个开通或关断的控制信号，通过第一温度传感器R1、第二温度传感器R2,触发二个单向可控硅SCR1、SCR2，也就是增强型可控硅芯片，得到信号驱动导通或关断工作主电路，PTC温度传感器R1、R2分别设置于二个单向可控硅SCR1、SCR2的上方，通过二氧化硅颗粒和IC专用胶混合成高导热绝缘材料封装，能即时热传导实时芯片工作温度，使第一温度传感器R1和第二温度传感器R2的电阻值随芯片的工作温度产生相应变化。一般最高设定温度为120℃。如超过这设定温度点，单向可控硅SCR1、SCR2就关断工作主电路。这也是一个自动寻找热平衡工作电流的过程。即保证电力半导体芯片不会过热损坏，又能自动平衡找到一个最佳工作点。

过电压保护电路是由压敏电阻R3、限流电阻R4、触发二极管D1和发光二极管D2组成的特殊显示吸收电路构成，可吸收过高的电压和外部环境产生的噪声(雷电浪涌)，还有感性负载发生的关断峰值电压等。还可实时显示电力半导体器件的工作状态。

过流(短路)保护电路是由电流感应传感器L线圈套在SCR1、SCR2引出端子，可用一个，也可二个。调节电阻R5可调整电流感应传感器L的感应线圈的输出电压，通过小型整流桥堆D3得到一个直流电压，驱动光耦IC输出，通过输出电阻R6和单向触发可控硅SCR3得到一个开关信号Vout1和Vout2，这是一个强制关断信号，此信号由单向触发可控硅SCR3单向触发可控硅控制，根据此器件的工作特性得出结论，一旦发生过流(短路)状态，器件内过流(短路)保护电路启动工作后必需对控制负载停机检修，并关断输入控制信号才能工作，要有一个重启过程，确保安全。过流(短路)启动工作电流可根据不同电力半导体芯片额定容量设定为150％、200％、300％等，以避免可能产生过多的误动作。

图6是交流三相智能固态继电器的结构示意图。

如图6所示，交流三相智能固态继电器结构与智能固态继电器的结构示意图相类似，包括：整体铝合金散热外壳1、焊锡层2、安装基板(DBC)3、金属导热板4、功能感应PCB板5、引出端子6、控制板7、电流感应传感器8、电力半导体芯片组9组成。但电力半导体芯片组9是由三组相同并独立的电力半导体芯片组组成。

交流三相智能固态继电器是由三组相同的交流单相智能固态继电器组成。共用一块控制板，电路图就不再重复。需要提出的是三相智能固态继电器三组相同并独立的电力半导体芯片组9在工作时由于同时发热。三组芯片热量同时相互干扰，会使中间的芯片组受相邻二旁的热量作用下处于最不利的状态。往往会先于二旁的芯片早于热损坏。这时在金属导热板4的作用下很好的把中间芯片的热量平衡扩散到整体铝合金散热外壳1，并可很好的屏蔽了产生的高能电磁干扰。

图7是直流智能固态继电器的电路图。

如图7所示，直流智能固态继电器的电路图，同样由过温保护电路5-1、过电压保护电路5-2和电流感应传感电路8构成。

过温保护电路5-1包括第一温度传感器R1和第二温度传感器R2。第一温度传感器R1为PCT温度传感器，第二温度传感器R2为NTC温度传感器。

第一温度传感器R1的一端与第一输入端Vin1相连，另一端与高性能绝缘型晶体管IGBT的基极。第二温度传感器R2的一端与接地端GND相连，另一端也与高性能绝缘型晶体管IGBT的基极。

由第一输入端Vin1输入一个PWM调制开关或PLC工业控制信号，通过PTC温度传感器R1和NTC温度传感器R2组成的温度控制电路驱动高性能绝缘型晶体管(IGBT)工作，当产生过温现象，一般也设定为120℃。PTC温度传感器R1和NTC温度传感器R2的电阻值会随感应到的温度产生相应变化，PTC是正温度传感器R1，随温度的增加而增加电阻值，而NTC温度传感器R2是随温度的增加而电阻值减小。这样，高性能绝缘型晶体管IGBT的栅极能得到一个更为灵敏的保护。会自动产生一个热平衡功能。智能的工作在一个适当的工作电流。由于NTC温度传感器R2的设立，为保证高性能绝缘型晶体管IGBT的栅极不受静电击穿也相当有益。从而使电力半导体器件更为完善的保护。

过电压保护电路和控制信号输出(5-2)包括：压敏电阻R3、限流电阻R4、发光二极管D2。

压敏电阻R3并联在高性能绝缘型晶体管IGBT芯片集电极与发射极，两端分别与高性能绝缘型晶体管IGBT的两个输出端连接点相连。

限流电阻R4、发光二极管D2的正极串联后，与压敏电阻R3并联，也就是与高性能绝缘型晶体管IGBT芯片并联。

发光二极管D2二端输出一个直流工作状态信号Vout3、Vout4。

电流感应传感电路8包括：分流测量电阻R5、调节电阻R6、输出电阻R7、单向触发可控硅SCR1和光耦IC。

过流(短路)保护电路是由与高性能绝缘型晶体管IGBT发射极与接GND极串联的分流测量电阻R5得到一个工作电压。通过调节电阻R6可调整分流测量电阻R5的工作电压驱动光耦IC输出。其它的电路工作原理与图5实施例一相同，不再重复说明。

智能固态继电器的作用和工作原理如下：

智能固态继电器的一般失效损坏形式为过温、短路及过压。对于智能固态继电器来说，就是对器件内部的温度、电流和电压都要有一个相对快速、精准的测定，并迅速在器件内部得到有效控制，以完成对智能固态继电器的综合保护。根据我们对目前国内外一些固态继电器专业生产公司的产品测试，过温现象一般在外壳的表现比较缓慢，但实际上过温会产生热疲劳，有温度循环模式和功率循环模式二种。温度循环模式下，指固态继电器从开始启动到最后停止工作，器件外壳表面有一个比较缓慢的温度变化过程(壳温)。功率循环模式下，器件内芯片的结温变化频繁，每次结温的剧烈变化都与功率变化密切相关(结温)。这将导致固态继电器过温失效损坏必需考虑的因素之一。如能尽量的使结温与壳温一致，这对于固态继电器的使用寿命延长是的决定性意义的。就需要除了电力半导体芯片通过安装基板(DBC)散热，还需要在芯片的上方设置金属导热板，构成一个热传导闭合回路。其二、在离电力半导体芯片最近距离测量结温并加以过温保护。根据我们的实验，过温保护还会产生一个热平衡的现象，即自动把输出的电流下降，限制在一定的范围内。这是十分有益的。这也变相提高了智能固态继电器的功率密度。

为了要符合工业4.0要求，所采用的智能固态继电器必须具有良好的电磁兼容性(EMC)，电子设备既不干扰其他设备，同时也不受其他设备的影响，特别也不受其他设备的影响；尤其是在计算机弱电工作条件下。根据测试，相对于用与不用金属导热板的同等工作条件下，用了金属导热后可降低电磁辐射量85％。

对于短路失效保护，虽然产生的机率不高，但产生的后果却是灾害性的，必需在us级时间内得到保护，否则将使器件永久性损坏。这也是需要在智能固态继电器器件内就得到最快反应的理由。

过电压失效保护比较简单，可用TVS、压敏电阻和特殊显示吸收电路等方案解决。

以上三种失效损坏形式对智能固态继电器器件的作用往往是叠加的，如器件的芯片结温在120℃时，再产生过电流或短路时，电力半导体器件芯片之间相互连接采用的材料不同，有硅材料的芯片，铜或铝连接线，焊接的锡层与绝缘基板铜质复合面，它们各种材料的热膨胀系数不同，就会产生应力不一致。而过电流或短路现象又加剧了器件的频繁温升。很容易造成电力半导体器件内部损伤。所以为了避免这种叠加效应，必需在智能固态继电器器件内部加以有效控制。

过温保护和短路(过流)保护都与智能固态继电器通过电流有关，我们在器件里通过温度传感器和电流传感器设定，在智能固态继电器的额定工作电流的150％范围内属于过温保护范围，超过这个额定电流就是短路(过流)保护的范围。必需立即停止器件的工作。智能固态继电器必需在us秒级时间内从全导通到关断(截止)状态。这样即能提高智能固态继电器的功率密度又能确保器件安全。

还有如不对智能固态继电器过压现象加以有效保护，最有可能就是产生局部击穿，这种击穿会使智能固态继电器在工作时极不稳定，加速智能固态继电器的损坏。为了要达到智能固态继电器这种特殊需要，高可靠、长期稳定的工作。以上三项综合精准保护功能必需在智能固态继电器器件内芯片级就得以可靠保护。达到智能化模块(IPM)控制。

把增强型可控硅、双向可控硅或高性能绝缘型晶体管(IGBT)芯片等电力半导体器件焊接在电力半导体器件的安装基板DBC(陶瓷覆铜板)上。在二个或者多个芯片之间留出一个适当的感应空间。在增强型可控硅(GTO)或高性能绝缘型晶体管(IGBT)芯片的上部设置一个导热绝缘层，再以3D形式立体单层或多层叠加安装具有温度、过电流、过电压感应等功能感应PCB板，这样能以不增加原芯片封装面积基础上以最近的位置感应到电力半导体功率芯片的的温度、电流、电压变化。

上述功能感应PCB板，是一种可任意设置功能的功能感应PCB板，可以是一块单一功能的功能感应PCB板，如对温度有检测功能，那就用温度传感器。如是需要对温度、电流有要求，就可以用温度传感器加电流感应传感器。当然也可以是全功能的，那就设置温度传感器、电流感应传感器、过压保护传感器，甚至于还可对电感性负载保护的特殊显示吸收电路器件包含在内。这是以智能固态继电器的用途来决定。在一些特殊用途的器件，如容性负载(无功功率补偿器)上使用，就可以设定软启动方式，延长启动时间来达到目的。总之这是一种根据用途，十分灵活多样的组合方式。

在智能固态继电器中电力半导体器件引出端子线套上小型电流感应线圈完成对过电流或短路的电流变化检测，可设置单个或二个电流感应线圈相互串联，以提高检测灵敏度。并反馈控制电力半导体器件的输入端，这样能达到us秒级反应速度。同时在电力半导体器件输出端并联TVS(瞬态过压保护)或者压敏电阻、特殊显示吸收电路。

本发明的特殊显示吸收电路是由限流电阻R4、双向触发二极管D1、发光二极管D2组成。并联于电力半导体器件输出端。当电力半导体器件处截止(不导通)状态，发光二极管通过限流电阻、双向触发二极管得到工作电压，全亮。当电力半导体器件处于导通状态，由于电力半导体器件的管压降相当低，只有2V以下，不足于供应发光二极管的工作电压，不亮。当电力半导体器件处于过温状态，由于温度传感器件的作用。使电力半导体管压降逐步的升高，还由于双向触发二极管和限流电阻的作用。在低电压下不足驱动双向触发二极管导通。发光二极管还是不亮，只有当电力半导体器件管压降超过一定值以上。此发光二极管才开始从微弱开始一直到很亮。这是一个很直观判断智能固态继电器过热的一个有效方法。同时这个电路也能很有效吸收工作主电路可能存在的各种高压尖脉冲，如雷击感应不规则群脉冲等。

发光二极管的发光亮度代表了工作状态。可以反馈输出到控制中心，完成信息的采集。

整体智能固态继电器测试完成后，安装基板(DBC)直接焊接在散热器上。为了达到最好的散热效果，我们设计了整体铝合金散热外壳，电子半导体器件直接焊接在整体铝合金散热外壳的底面，这样的散热器同时有多个侧面对外散热，最后再灌装采用二氧化硅颗粒与IC专用胶混合高导热材料封装。保证电力半导体器件的热传导性和不受环境对器件的影响。可提高30～40％的功率密度，在同等功率工作条件下，体积可减少50％。

本专利的智能固态继电器集成度高，可应用于工作电流从几安到几千安、工作电压从几百伏到几千伏的器件大范围内应用。可以在三相电路(工业级)有广泛应用，比较有效的真正从芯片级的保护。确保负载和器件的安全可靠。

本专利的智能固态继电器与普通常规固态继电器最大的区别在于普通常规固态继电器只有开(导通)或关(截止)二个状态，而智能固态继电器除了有开(导通)或关(截止)二个状态外，还有一个开、关之间的中间状态，也就是智能的对所工作的客观条件进行电流、电压、温度合理感应分析、判断及有效快捷反应和有效地处理，并具备充份保护智能固态继电器器件本身和负载安全、高可靠运行的综合能力。并有一组向控制中心输出智能固态继电器和所驱动的负载工作状态的信号，以满足工业自动化生产的需要。

本发明的方法和装置可以应用到许多不同类型智能固态继电器上改进与变化，所有的改进与变化都被认为是在本发明的精神和范围内。如在本发明专利的权利要求中所规定的。