继电器是电气工程的基础元件之一。早在发现电磁变化时就诞生了这种产品，利用电磁铁在通电和断电下磁力产生和消失的现象，来控制高电压高电流端电路的开合，它的出现使得电路的远程控制和保护等工作得以顺利进行。
继电器支撑了从汽车到生产线，从家电到电网的广泛应用，根据统计，我国2022年继电器产量达91.5亿个，占全球产量的50%，这一庞大市场一直以来绝大部分都采用了机械式继电器，其具有低成本、无漏电流、更好的鲁棒性、广泛的工作温度区间等等优势。
但是机械式继电器也具有诸多缺点，包括体积大、开关速度慢、寿命有限等等。随着半导体技术和集成电路的发展，固态继电器正在成为一个可替代的选择。
固态继电器利用半导体元件替代机械开关，从而提供更高的开关速度、更长的寿命和更高的可靠性。固态继电器没有物理触点，因此减少了机械磨损和电磁干扰，使其非常适合应用在需要频繁切换和高可靠性的场合。
之前，光耦一直是固态继电器的主要隔离技术，随着电磁隔离和电容隔离技术的普及，这些新兴的隔离技术正在固态继电器中扮演着越来越重要的角色。
日前，笔者与纳芯微技术市场经理谭园进行了访谈，探讨了继电器的发展趋势。
固态继电器优势
谭园表示，无论是传统机械式继电器，还是光耦继电器，都存在着技术本身带来的受限之处，其一就是可靠性和寿命的挑战。比如机械继电器的开合，会造成电弧，从而影响金属触点发生黏连等故障。而光耦继电器也会由于LED的光衰而降低可靠性，此外，光耦器件往往在更高耐压等级、更小封装、更宽工作温度范围的实现上存在着挑战。
谭园补充道，小型化是固态继电器的主要优势之二，随着终端产品的小型化趋势，给电子部件预留的空间越来越小，机械式继电器逐渐无法适应当下的电路空间限制，体积更小的固态继电器成为了首选项。
第三个重要优势是支持智能化，相比缺乏反馈的机械式继电器而言，固态继电器有着电子器件的天然优势，即更容易集成各种检测、保护、反馈等智能化要素，通过IC的智能化，使得客户系统实现更安全更精细的控制。
不过谭园也表示，相比于光耦，非光耦式隔离式继电器在EMI指标比如RE上遇到挑战，不过随着技术的改进，EMI表现正在显著改善。
全新的固态继电器价值几何？
谭园强调道，实际上从隔离技术迭代的角度来看，光耦正在各个场景中被电容隔离和电磁隔离所替代，从隔离器到隔离采样、隔离驱动等，如今固态继电器领域也发生着同样的进程。
电容隔离的继电器有哪些优势？谭园以纳芯微的新品NSI7258系列为例，详细介绍了固态继电器的显著优势。
谭园解释道，继电器的工作原理很简单，由输入、隔离及MOS输出构成，但是使用起来便捷性如何，耐压能做到多高，性能能做到多好，这些都要在芯片设计及封装设计中细节体现。
NSI7258产品框图
比如在输入端，纳芯微开发的是光耦兼容的输入口，可以直接替代光耦继电器，方便客户替换。在隔离端，纳芯微的电容隔离技术已经广泛应用于各类产品上，得到了普遍认证。而在封装上，纳芯微通过内部空间及引线优化，在相同封装下（SOW12）实现了业内领先的5.91mm副边爬电距离，同时原边副边爬电距离也达到8mm。
谭园特别强调了纳芯微在输出端的考量，采用了背靠背的两颗1700V的SiC MOS，实现了更高的耐压等级。利用SiC高耐压特性，可在漏电、抗雪崩击穿等能力上远超过硅。该SiC MOS是纳芯微参与研发的产品，继电器的重点是开关功能，因此也和一般的SiC功率器件不同，比如该SiC MOS并不需要太过于考虑导通电阻等。也只有深度参与研发过程，才可以开发出最合适的SiC MOS，从而最终实现了耐受2100V的雪崩电压和1mA的雪崩电流的成果。
谭园也介绍了纳芯微在EMI上的领先性，在纳芯微研发NSI7258固态隔离器期间，一共申请了四项专利，其中三项都是和EMI相关，可见对EMI的重视程度。由于电容和电磁隔离调制频率较高，因此相比光耦更容易出现EMI问题。但纳芯微通过一系列专利布局，显著降低了EMI，根据实测结果，NSI7258可在单板无磁珠的条件下轻松通过CISPR25 Class 5测试。
正在瞄准更广泛的应用
谭园表示，纳芯微目前的固态继电器，主要瞄准信号类应用场景，也就是电流比较小的功能区，包括绝缘检测、采样回路开关、粘连监测等等，客户场景主要涵盖汽车、新能源、电池管理等对尺寸、可靠性都有高要求的市场。
“这也是基于客户的接受度循序渐进的。”谭园表示。部分客户基于安全等考虑，可能暂时会选择在小电流、非高安全的场景中尝试固态继电器。而一旦他们能够真正体会到固态继电器的优势，可能会更有替代意愿。
考虑到传统继电器需要金属耗材，势必在尺寸、重量、可靠性等方面不及固态继电器，长期来看，半导体器件的成本下探潜力也更大。同时，随着MCU和各种监控算法的引入，可以构建出更加智能的系统，从而使固态继电器发挥出更高的价值。
