直流固态继电器的生产

本文介绍了采用分立组件制成的DC SSR. 电路非常简单，成本低廉，性能良好. 适合百姓.

电路和工作原理

下图显示了适用于生产的通用DC SSR电路.

它由三部分组成: 光电耦合器（IC），N沟道功率MOSFET（VT）和电阻器（R1）. 外部组件仅限于电流电阻Rin. 从动负载RL可以是电阻性负载或电感性负载（例如DC无刷电机，电磁线圈，电磁阀等）.

工作原理如下: 当未施加控制电压VCC时，光耦合器中的红外LED不发光，光电晶体管截止，Vgs = VT的OV，VT截止（等效于开关）如a）所示关闭，负载断电；当添加控制电压Vcc时，一定的电流流过红外发光二极管，使光电晶体管饱和并导通，R1上的电压VR1 = Vdd-Vce（已设置）. 一般光电晶体管的Vce（组）约为几伏，因此VR1≈Vdd. 连接在R1两端的G极和S极，即Vgs =Vr1≈Vdd（Vdd≥5V））VT导通（等效于开关闭合，如图b所示），负载通电.

DC SSR是一种电控隔离式DC开关. 光电隔离绝缘电压可以达到数千伏，功率MOSFET的导通电阻Rds（on）非常小直流固态继电器 电路，其开关损耗非常小，并且开关速度相对较快，工作电压Vdd从5V至几百伏，电流从几百安培到几十安培，应用范围很广.

组件简介

本文介绍的SSR使用4N35光电耦合器和FQP50NO6功率MOSFET，可以将其制成负载工作电压为5〜12V且负载电流高达5A的DC SSR.

1，4N354N35是由红外发光二极管和光电晶体管组成的光耦合器. 其主要特点: 绝缘电压大于7500V；当前传输率大于100％； LED Vf = 1.2V典型值；如果（最大）= 60mA; Vrb = 6.OV;光电晶体管的V（br）ceo≥30V，Vce（组）= 0.14V（典型值）;其开关特性为导通时间tm≤10μs和关断时间Toff≤10μs.

4N35具有6引脚DIP封装和SO封装. 内部结构和布置如下图所示. 空3英尺，不使用6英尺（浮动）.

2. FQP5ON06 FQP50NO6是N沟道功率MOSFET（增强型），采用TO-220封装，其引脚排列如下图所示.

该设备的主要特性: Vdss = 60V； Rds（on）极低，典型值为0.018Ω（Vgs = 1OV，Id = 25A），最大值为0.022Ω; Id = 50A（连续漏极电流直流固态继电器 电路，Tc = 25℃）；最大Vgs =±25V;最大管耗Pd = 120W（Tc = 25℃）；工作结温-55〜+ 175℃；阈值电压Vgs（th）= 2.0〜4.OV（Vds = 5V，Id =250μA）.

生产方法

由于整个电路只有三个组件，因此在印刷电路板上（作为系统电路的一部分）制作此SSR电路非常简单. 如果整个系统电路的组件是贴片型，则光耦合器和功率MOSFET可以使用芯片器件. 在这里，我们介绍功能模块的制造过程，并使用“仿制补丁”方法进行制造. 使用“模仿补丁”

该方法可以节省印刷电路板的面积）此外，其目的是可以使用印刷电路板的背面来安装散热器，从而使结构更简单.

1. “模拟贴片”方法所谓的“模拟贴片”方法是将通孔封装的器件改变为贴片型组件的方法. 4N35是先缩短引脚，再将引脚弯曲到设备底部，如下图所示；

功率MOSFET将缩短引脚（中间引脚被切断，并且散热器用作D极）. 弯曲后，如下所示.

弯曲时，弯曲半径应太小，以免断裂. 如图所示，最好将直径约1毫米的仪器螺丝起子（或铜线）放在弯曲点. 如果直接以90度角弯曲，则在拐角处可能会产生裂纹. 当它再次以直角弯曲时，销钉将在根部断裂，如图b所示.

2. 印制板的绘图可以使用计算机辅助设计来绘制印制板. 绘制的印制板如下所示.

它是双面覆铜板，目的是通过金属化孔传导热量，然后通过一个小的散热器达到散热的目的（在负载电流大于5A时使用） . 印刷电路板的尺寸为32x26.5mm，t = 1mm.

3. 组装1）安装引脚: 使用O.6xO.6mm L形引脚排的引脚作为引线. 因为插针的横截面是方形的，并且可能大于插针孔，所以请使用锉刀将其弄成直角，然后将插针插入印刷电路板（参见图a中的插入方向）；用钳子将销钉弯曲，如图b所示；然后用斜口钳剪下多个部分（如图c所示），并用钳子将其压在印刷板上（在压紧之前，使其保持90度，如图d所示）. 然后将引脚焊接好.

2）焊接组件: 首先焊接光耦合器，可以焊接引脚3和6（主要是为了增加设备与印刷电路板之间的连接），然后焊接贴片型0805尺寸为1OkΩ的电阻器，最后使用M3螺钉将功率MOSFET安装在垫圈和螺母上之后，焊接功率MOSFET. 焊接时，应使用带尖头（φ2）烙铁头的20W铬铁，使用φ0.8松香焊效果良好.

焊接之前，请用蘸有酒精的棉球清洁焊接处. 焊接后，检查是否有“粘连”或泄漏.

当负载电流低于5A时，功率MOS-FET的损耗很小，发热量也不大，并且可能未安装散热器. 如果负载电流为5A，则必须添加一个散热器（其大小必须通过实验确定）.

已安装的DC SSR，印制板（正面和背面），光耦合器和MOSFET如下所示.

适用于图1中电路的Vdd电压为5〜12V. 如果Vdd需要增加到15〜24V，可以添加一个电阻R2，如下图所示.

在印刷电路板的设计中，只要用刀切开中间连接带，就剩下该电阻的焊盘.

下图显示了一种由单片机控制以控制直流SSR并驱动12V直流电动机的电路.

当I / 0端口输出高电平时，由5V供电的单片机输出约5V电压时，可以按下Rin

计算，Rin可以获取720Ω标准电阻值.

在直流电动机的两端连接了一个二极管，以防止在断电时电动机产生的感应电势与Vdd叠加而损坏MOSFET. 当I / 0端口输出高电平时；当电动机通电且I / 0端口输出低电平时，电动机停止. 最大负载电流Ir可以达到5A. Ir = 5A时MOSFET的管损耗Pd = Ir的平方×Rds（on）=（5A）的平方×0.022Ω= 0.55W.

在5A的负载电流下，MOSFET上的管电压阵列Vds = Ir×Rds（on）= 5A×O.022Ω= 0.11W. 从该示例可以看出，该DC SSR的性能非常好.

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