Optokoppelaar vs Solid State Relay: Belangrijkste Verschillen en Toepassingen
2026-09-30 611

Optokoppelaars en solid state relays bieden beide elektrische isolatie, maar ze dienen verschillende doeleinden. In dit artikel verwijst “optokoppelaar” vooral naar signaalisolatie optokoppelaars, terwijl “SSR” verwijst naar halfgeleiderapparaten die zijn ontworpen om een belasting direct te schakelen. Het legt uit hoe elk apparaat werkt, vergelijkt belangrijke elektrische en schakelkenmerken, en toont veelvoorkomende toepassingen. Het behandelt ook hoe je tussen hen kunt kiezen op basis van laadtoepassing, spanning, stroom, schakelfrequentie, lekstroom, isolatiebehoeften en thermische vereisten.

Catalogus

Figuur 1. Solid State Relay vs Optokoppelaars

Wat Is een Optokoppelaar en Hoe Werkt Het?

Figuur 2. Fototransistor Optokoppelaar met Basisverbinding

Een optokoppelaar, ook wel een opto-isolator genoemd, is een elektronisch component dat een signaal tussen twee circuits overdraagt terwijl ze elektrisch geïsoleerd blijven. Het maakt gebruik van licht in plaats van een directe elektrische verbinding om het signaal over een interne isolatiewand over te brengen. [2]

Een typische optokoppelaar bevat een invoerende LED en een fotogevoelige uitvoerapparaat binnen dezelfde behuizing. Wanneer er stroom door de LED stroomt, straalt deze licht uit, meestal infraroodlicht. Het uitvoerapparaat detecteert dit licht en verandert zijn elektrische toestand. Omdat het signaal optisch wordt overgedragen, blijven de invoer- en uitvoerkant galvanisch geïsoleerd. [2]

Veelvoorkomende outputstructuren zijn:

• Fototransistor – converteert het ontvangen licht in transistoruitgangsstroom.

• Fotodiode – produceert fotostroom en kan een snellere respons bieden.

• Fototriac – gebruikt licht om een triac-type output te starten.

• MOSFET-output fotorelay – gebruikt een optisch gekoppelde invoerende LED naar een interne MOSFET-uitgangssectie die de uitgangscircuit schakelt.

Een fotorelay is een type fotokoppelaar, maar het fungeert ook als een halfgeleider relay omdat de MOSFET-uitgangssectie geschikt is voor het direct schakelen van geschikte belastingen. De term PhotoMOS moet niet als een generieke categorie worden gebruikt zonder verduidelijking, omdat PhotoMOS een geregistreerde Panasonic productnaam is voor zijn MOSFET-output fotorelays.

Belangrijke optocouplerparameters omvatten Current Transfer Ratio (CTR), isolatietestspanning, responstijd, en uitgangsstroom. CTR wordt voornamelijk gebruikt voor fototransistoroptocouplers en beschrijft de relatie tussen de ingangs-LED-stroom en de uitgangsverzamelstroom. Isolatietestspanning is een opgegeven dielektrisch doorstandtestwaarde; het moet niet worden behandeld als de toegestane continue bedrijfsspanning. Continue of herhalende bedrijfs-spanningswaarden, doorspoeling, afstand, en toepasselijke isolatie-eisen moeten afzonderlijk worden gecontroleerd omdat de veiligheidsdocumentatie van de fabrikant deze waarden onderscheidt. De responstijd toont hoe snel de uitgang reageert op ingangsveranderingen, terwijl de uitgangsstroom de stroom definieert die de uitgangstrap veilig kan geleiden. [1,2]

Deze waarden variëren tussen optocouplertypes, dus de datasheet van het apparaat en de veiligheidsdocumentatie moeten worden gecontroleerd voor de exacte limieten, testvoorwaarden en isolatiebeoordelingen.

Wat Is een Solid State Relay en Hoe Werkt Het?

Figuur 3. Vereenvoudigd intern circuit van een TRIAC-uitgang AC SSR

Een solid state relay (SSR) is een elektronisch schakelapparaat dat een belasting in- of uitschakelt met behulp van halfgeleidercomponenten in plaats van mechanische contacten. Het ontvangt een laagvermogen controlesignaal bij de ingang en gebruikt dat signaal om een afzonderlijke belastingcircuits te regelen.

Een typische SSR heeft drie belangrijke interne secties:

• Ingangs-/besturingsfase – ontvangt de controle spanning of stroom.

• Isolatiefase – elektrische scheiding van de controlezijde van de belastingzijde, meestal met behulp van optische isolatie.

• Halfgeleideruitgangsfase – schakelt de belastingstroom met behulp van apparaten zoals een TRIAC, SCR of MOSFET. [7,9]

Wanneer een controlesignaal wordt toegepast, activeert de ingangssectie het isolatiecircuit. Het geïsoleerde signaal stuurt vervolgens de halfgeleideruitgangsfase aan, zodat er stroom door de belasting kan lopen. Wanneer het controlesignaal wordt verwijderd, schakelt de uitgangsfase uit en stopt de belastingstroom, onderhevig aan de schakeleigenschappen van het uitgangsapparaat.

De uitgangstechnologie hangt voornamelijk af van het type belasting. TRIAC-gebaseerde SSR's worden vaak gebruikt voor AC-schakelingen omdat een TRIAC in beide richtingen kan geleiden. SCR-gebaseerde SSR's kunnen ook AC-belastingen schakelen, vaak met behulp van twee SCR's die zijn gerangschikt voor bidirectionele werking. MOSFET-gebaseerde SSR's worden vaak gebruikt voor DC-belastingen en kunnen ook worden gerangschikt als back-to-back MOSFET's voor bidirectionele schakeling.

Een AC SSR is ontworpen voor wisselstroombelastingen en schakelt normaal uit wanneer de belastingstroom onder de vasthoudstroom valt, meestal nabij de nuldoorgang van de AC-stroom. Een DC SSR maakt gebruik van halfgeleiderapparaten zoals MOSFET's die aan kunnen blijven terwijl het controlesignaal aanwezig is en uitgeschakeld worden wanneer het controle-signaal wordt verwijderd. [7,9]

AC SSR's kunnen ook verschillende inschakelmethode gebruiken. Een nuldoorgang SSR wacht tot de AC-spanning bijna nul is voordat deze inschakelt, wat schakelingstransiënten voor geschikte belastingen kan verminderen. Een willekeurige inschakeling SSR schakelt in zonder te wachten tot de AC-spanning nul nadert en kan worden gebruikt in geschikte faseregeltoepassingen wanneer de SSR en controller voor die methode zijn ontworpen. Willekeurige inschakeling beschrijft het inschakelgedrag van de SSR; dit garandeert op zichzelf geen meer nauwkeurige faseregeling.

Het exacte schakeldrag, spanningsclassificatie, belastingstromen, lekstroom en inschakelmethode hangen af van het ontwerp van de SSR en moeten worden geverifieerd in de datasheet van de fabrikant. [4]

Optocoupler vs Solid State Relay: Belangrijke Verschillen

Optocouplers en solid state relays bieden beide elektrische isolatie, maar zijn ontworpen voor verschillende rollen. In deze vergelijking verwijst Signaal Optocoupler naar optocouplers die voornamelijk bedoeld zijn voor geïsoleerde signaaloverdracht, terwijl Power Solid-State Relay verwijst naar SSR's die zijn ontworpen om een belasting rechtstreeks te schakelen. Deze differentiatie voorkomt verwarring met MOSFET-uitgangs-fotorelais, die kunnen functioneren als zowel fotodetectoren als halfgeleiderrelays.

Kenmerk	Signaal Optocoupler	Power Solid-State Relay
Primaire doel	Draagt een signaal over een isolatiebarrière	Schakelt elektrische energie naar een belasting
Hoofd functie	Geeft logica, analoge, feedback, of controlesignalen door	Zet een belastingscircuit aan of uit
Uitgangsstroomcapaciteit	Gewoonlijk bedoeld voor signaalniveau- of stuurstromen, afhankelijk van het uitgangstype	Ontworpen om zijn gespecificeerde belastingstroom rechtstreeks te geleiden
Uitgangstechnologie	Fototransistor, fotodiode, fotodarlington of fototriac-uitgang	TRIAC, SCR, MOSFET of andere kracht-halvgeleideraansluitingen
Schakelgedrag	Hangt sterk af van het uitgangstype; apparaten op basis van hogesnelheidsfotodiodes kunnen veel sneller schakelen dan fototransistor types	Hangt af van het ontwerp van de SSR; AC-types kunnen nuldoorgang of willekeurige inschakeling gebruiken, terwijl DC MOSFET-types direct reageren op het stuursignaal
AC/DC gebruik	Hangt af van het uitgangsapparaat en de omringende schakeling; normaal gebruikt als onderdeel van een signaal- of stuurpad	Beschikbaar als speciale AC, DC of bidirectionele-uitgangsontwerpen
Leidingverlies in de uitgeschakelde toestand	Over het algemeen klein en gespecificeerd voor het specifieke signaal-uitgangsapparaat	Kan significant genoeg zijn dat de uitgang niet als een perfect open circuit moet worden behandeld wanneer deze uitgeschakeld is
Geleidingsverlies	Meestal laag omdat alleen kleine signaal- of stuurstromen worden behandeld	Bepaalde door de kenmerken van het uitgangsapparaat, zoals de spanningsval in de ingeschakelde toestand of de aan-resistentie van de MOSFET
Thermische vereisten	Gewoonlijk bescheiden omdat het uitgangsvermogen laag is	Kan aanzienlijke thermische beheersing vereisen naarmate de belastingstroom en het geleidingsverlies toenemen
Typisch gebruik	Logische isolatie, feedback, interface-isolatie, signaaloverdracht en geïsoleerde poort- of stuurstadia	Directe schakeling van verwarmingselementen, lampen, solenoïden, motoren en andere belastingen binnen de SSR-classificaties

Het belangrijkste verschil is de functie in plaats van alleen isolatie. Een signaaloptokoppeling transporteert informatie over een isolatiebarrière en stuurt doorgaans een ander circuit of schakelstadium aan. Een kracht-SSR bevat een halfgeleider-uitgangsstadium dat is ontworpen om de nominale belastingstroom rechtstreeks te voeren. Voor de selectie van de SSR, leidingverlies in de uitgeschakelde toestand, geleidingsverlies, schakel methode, belastingcompatibiliteit, en thermisch beheer zijn daarom belangrijke ontwerpoverwegingen. [4,5]

Toepassingsvoorbeelden en belangrijke parameters om te controleren

Toepassingen van optokoppelaars

Toepassing	Wat de schakeling doet	Waarom een optokoppelaar geschikt is	Belangrijke parameter om te controleren
Microcontroller-naar-PLC signaalisolatie	Verbindt een digitaal stuursignaal tussen een microcontroller en een PLC terwijl hun elektrische aardedraden gescheiden blijven.	Biedt galvanische isolatie tussen twee besturingssystemen.	Ingangs-LED-stroom, CTR, uitgangsstroom en isolatiespanning
Geïsoleerde digitale ingang	Ontvangt een extern digitaal signaal en stuurt een geïsoleerd logische signaal naar een microcontroller of logische schakeling.	Beschermt de laagspanningsbesturingszijde tegen directe elektrische verbinding met de externe schakeling.	Ingangsstroom, schakeldrempel, responstijd en isolatiespanning
Feedbackisolatie in een schakelende voeding	Verbindt feedbackinformatie van de geïsoleerde uitgangszijde naar de primaire controller voor spanningsregulatie.	Laat het feedbacksignaal de isolatiebarrière passeren zonder een directe geleidingsroute te creëren.	CTR, CTR-variatie, responskenmerken en isolatiewaarde
AC nuldoorgangdetectie	Detecteert wanneer een AC-golfvorm nabij nul volt passeert en stuurt een geïsoleerd timersignaal naar een controller.	Laat veilige geïsoleerde detectie van de AC-golfvorm toe.	Ingangsspanning, LED-stroom, isolatiespanning en schakeldrempel

Toepassingen van solid state relais

Toepassing	Wat de schakeling doet	Waarom een SSR geschikt is	Belangrijke parameter om te controleren
AC kachelbesturing	Een microcontroller of PID-controller schakelt stroom naar een AC-kachel.	Een AC-SSR kan de kachel direct schakelen met een laagspanningsstuursignaal.	Belastingsspanning, stroomclassificatie, inschakelstroom en thermische limieten
PLC-gestuurde solenoïdeventiel	Een PLC-uitgang schakelt stroom naar een solenoïdeventiel.	De SSR biedt geïsoleerde elektronische schakeling zonder mechanische contacten.	AC/DC-uitgangstype, belastingstroom, inschakelwaarde en transiënte bescherming
Industriële verlichtingsbesturing	Een besturingssysteem schakelt één of meer verlichtingsbelastingen.	Een SSR kan frequente elektronische schakeling van de verlichtingskring bieden.	Belastingstroom, inschakelstroom, uitgangsspanning classificatie en thermische dissipatie
DC-belasting schakeling	Een controller schakelt DC-belastingen zoals verwarmingselementen, actuatoren of elektronische belastingen.	Een MOSFET-output SSR kan gelijkstroom elektronisch schakelen.	DC spanningsclassificatie, stroomclassificatie, aan-toestand weerstand en energieverlies
Motor of contactorbesturing	Een SSR schakelt een motorcircuit of een contactor spoel wanneer deze goed is beoordeeld voor de belasting.	Biedt geïsoleerd schakelen voor repetitieve industriële besturing.	Start- of inschakelstroom, piekclassificatie, belastingstype, spanningsclassificatie en thermische vereisten

Hoe te kiezen tussen een optocoupler en een SSR

Stap 1: Definieer de hoofdfunctie.

Als je alleen een signaal over een isolatiebarrière hoeft over te dragen, kies dan een optocoupler. Als het apparaat vermogen direct naar een belasting moet schakelen, kies dan een SSR.

Stap 2: Controleer de belastingsspanning en -stroom.

Als de geïsoleerde uitgang alleen een logische invoer, transistor of poortdriver aanstuurt, is een optocoupler meestal geschikt. Als het apparaat de werkelijke belastingstroom moet dragen, selecteer dan een SSR met geschikte belasting- en stroomclassificaties. Controleer ook de minimale belastingstroom, omdat sommige SSR's mogelijk niet correct schakelen of aan blijven onder een gespecificeerde stroom.

Stap 3: Bepaal of de belasting AC of DC is.

Stem de SSR-uitgangstechnologie af op de belasting. AC-belastingen gebruiken meestal TRIAC- of SCR-gebaseerde SSR's, terwijl DC-belastingen meestal gebruik maken van MOSFET-gebaseerde SSR's. [7,9]

Stap 4: Identificeer het belastingstype en de piekvoorwaarden.

Bepaal of de belasting resistief, inductief, capacitief, verlichtings- of motorgebaseerd is. Belasting met hoge inschakelstroom vereisen speciale aandacht voor de niet-repetitieve piekstroomclassificatie van de SSR en eventuele door de fabrikant gespecificeerde repetitieve of transiënte stroomlimieten. Spanningstransiënten moeten ook binnen de apparaatclassificaties blijven. [5]

Stap 5: Bepaal het vereiste schakelaargedrag.

Voor snelle signaaloverdracht, controleer de responsietijd van de optocoupler. Voor AC SSR's, bepaal of de toepassing zero-cross schakelen of willekeurig inschakelen vereist. [9]

Stap 6: Controleer de isolatie- en invoereisen.

Controleer de vereiste isoleringsclassificaties van invoer naar uitvoer en de toepasselijke veiligheidsvereisten. Voor een SSR, controleer ook het invoerbedrijfsspannings- of stroomgebied en bevestig dat de controller de vereiste invoersturing kan bieden onder alle bedrijfsomstandigheden.

Stap 7: Controleer de lekstroom in de uit-toestand.

Voor SSR's, verifieer dat de gespecificeerde lekstroom in de uit-toestand ongewenste werking, restspanning of onvolledige uitschakeling in laagvermogen of gevoelige belastingen niet veroorzaakt. [4,5]

Stap 8: Controleer energieverlies, afschaling en koeling.

Schat het geleidingsverlies van de SSR bij de verwachte belastingstroom. Voor apparaten die worden gespecificeerd door een aan-toestand spanningsval, is een veelgebruikte schatting:

P = V_on x I

Voor MOSFET-output SSR's kan het geleidingsverlies worden geschat als:

P = I² x R_on

Deze formules zijn slechts initiële schattingen. Controleer de afschalingcurves bij omgevingstemperatuur van de gekozen fabrikant, thermische weerstandgegevens, toelaatbare behuizing- of junctietemperatuur, montagvereisten en vereiste koellichamen. De nominale stroomclassificatie van een SSR kan niet op zich worden gebruikt om te bepalen of deze veilig de belasting kan dragen bij de werkelijke bedrijfstemperatuur.

Stap 9: Verifieer de volledige operationele limieten van de SSR.

Bevestig vóór de definitieve selectie het belastingsspanningsbereik, de maximale en minimale belastingstroom, het invoerbedrijfspunt, de piekstroomcapaciteit, lekstroom, schakelmethode, afschaling bij omgevingstemperatuur en koellichamvereisten in de datasheet van de fabrikant. [5,6]

Veelvoorkomende ontwerpfouten, beperkingen en preventie

Veelvoorkomende fout of beperking	Mogelijk probleem	Preventie
Overschrijden van de uitgangsstroom van de optocoupler	De uitgangstransistor kan oververhit raken of falen.	Houd de uitgangsstroom, spanning en vermogen binnen de specificaties in de datasheet.
Negeren van CTR-variatie	De schakeling kan mogelijk niet betrouwbaar schakelen onder temperatuur- of apparaatvariatie.	Ontwerp met de gegarandeerde minimale CTR onder de vereiste bedrijfsomstandigheden.
De optocoupler LED aansteken zonder stroombeperking	Overtollige LED-stroom kan de levensduur verminderen of het apparaat beschadigen.	Gebruik een geschikte serieweerstand of gecontroleerde stroombron.
Gebruik van een AC SSR voor een DC belasting	TRIAC- of SCR-gebaseerde uitgangen kunnen mogelijk niet correct uitschakelen omdat DC-stroom niet van nature naar nul kruist.	Gebruik een DC-geclassificeerde SSR voor DC-belastingen.
Negeren van de lekstroom in de uit-toestand van de SSR	Gevoelige of laagvermogen belastingen kunnen gedeeltelijk onder spanning blijven wanneer de SSR uit is.	Controleer de gespecificeerde lekstroom en bevestig dat de belasting dit kan verdragen.
Negeer de SSR doorlaatverliezen	De SSR kan tijdens de werking aanzienlijke warmte genereren.	Bereken het geleidingsverlies met behulp van de gespecificeerde inschakelspanning of inschakelweerstand.
Onvoldoende warmteafvoer	Een te hoge temperatuur bij de junctie kan de levensduur van het apparaat verkorten of falen veroorzaken.	Volg de aanbevelingen van de fabrikant voor temperatuurderating en vereisten voor warmteafvoer.
Negeer de inschakelstroom	Motoren, lampen, transformatoren en capacitieve belastingen kunnen de piekbelasting van de SSR tijdens het opstarten overschrijden.	Controleer de opstartstroom en selecteer een SSR met een adequate piekstroomcapaciteit.
Negeer inductieve belastingspulsen	Het schakelen van een inductieve belasting kan spanningspulsen produceren die de uitgangen van de SSR kunnen overbelasten of beschadigen.	Gebruik voor DC-inductieve belastingen een clamp/flybackdiode of een ander geschikt spanningsbeperkingsnetwerk wanneer dat nodig is. Voor AC-SSR-toepassingen kan een RC-snubberschakeling en/of varistor vereist zijn. Selecteer de onderdrukkingscircuits volgens de aanbevolen schakeling van de SSR-fabrikant, het uitvoertype, de belastingseigenschappen en de spanningslimieten.
Behandel de isolatietestspanning als continue werkspanning	De isolatiebarrière kan worden gebruikt buiten zijn toegestane continue classificatie.	Controleer de continue of herhaalde werkspanning en de toepasselijke isolatie-eisen afzonderlijk van de dielektrische doorbraakspanning. [2,3,8]

Technische referenties

[1] Vishay Intertechnology, Inc. "Impact van de stroomoverdrachtverhouding op schakel tijden in optokoppelaars met transistoruitgang." Vishay Semiconductors Applicatie Notitie 04, Document Nr. 80579, Rev. 26 mei 2025.

[2] Vishay Intertechnology, Inc. "Veelgestelde vragen: Transistoruitgang optokoppelaars." Vishay Semiconductors, Rev. 1.0, 26 februari 2016.

[3] Vishay Intertechnology, Inc. "Ontwerp richtlijnen voor de compliance met veiligheidsinstanties voor optokoppelaars." Vishay Semiconductors Applicatie Notitie 43.

[4] Panasonic Industry Co., Ltd. "SSR Technische Terminologie." Panasonic Industry – Automatiseringsbesturingen.

[5] Panasonic Industry Co., Ltd. "Waarschuwingen voor het gebruik van solid-state relais." Panasonic Industry – Automatiseringsbesturingen.

[6] OMRON Corporation. "Algemene voorzorgsmaatregelen voor Solid State Relais." OMRON Industriële Automatisering, Technische Gids C-340.

[7] OMRON Corporation. "Kan een DC-belasting worden gebruikt met solid-state relais voor AC-belastingen?" OMRON Industriële Automatisering, Solid-state Relais FAQ, FAQ Nr. FAQ02101.

[8] International Electrotechnical Commission. IEC 60747-5-5:2020: Halbleiterapparaten—Deel 5-5: Opto-elektronische apparaten—Fotokoppelaars. 2de ed., 20 juli 2020.

[9] Panasonic Industry Co., Ltd. "SSR principe van werking." Panasonic Industry – Automatiseringsbesturingen.