直流固态继电器

文献使用大功率场效应晶体管来形成互补的MOS管对，从而形成具有三个输出端子的电子开关电路，模拟单刀双掷功能，并形成大功率单刀双掷-投掷固态继电器. 文献公开了一种限流保护型固态继电器，包括低压控制部分和高压开关部分，并提供了高低压组合指示和限流复位保护部分. 文献已经设计了具有良好开关特性的20 A 1500 V大功率高速DC固态继电器. 目前，广泛使用的直流固态继电器的导通电压和截止电压大致相等. 当输入接近临界值时，继电器将抖动并且无法正常运行. 本文提出了一种分离继电器的导通电压和断开电压的新设计方法. 为了验证所设计电路的有效性和正确性，进行了数值模拟并测试了实际电路工作参数. 1硬件电路设计本文的直流固态继电器采用四端子设计. 电路原理如图1所示. 1. 1输入电路输入电路主要由电阻器R1，R2，R3，稳压管D1，D2和开关管T1，T2组成. 其中，NPN型开关管T1和PNP型开关管T2形成一个正反馈回路，将光耦合器的导通电压和截止电压分开. 1. 1. 1开启和关闭过程如图1所示，输入电压范围为0〜24 V，初始值为0 V.

这时，光耦合器关闭，电路不导通. 电阻R2和电阻R1构成开关管的输入分压电路. ③点电压是稳压管D2上的电压，基本上是恒定的. 逐渐增加输入电压. 当点②处的电压超过点③处的电压时（忽略开关的压降），晶体管T1导通，然后晶体管T2导通. 然后，触发并打开光耦合器中的发光二极管. 光耦合器将发光二极管从光电晶体管发射的光转换为光电流，并打开光耦合器，从而打开电路. 当继电器返回时，输入电压逐渐降低. 此时，D2两端的电压等于T2，D1的电压以及光耦合器中二极管的三个分量之和. 随着电压降低，③点电压比②点电压稍高0.7 V，此时的电压为临界电压. 当电压降至临界值以下时，晶体管T1将截止. 在晶体管T1截止之后，光耦合器中的发光二极管将相应地截止，从而整个电路处于截止状态. 1. 1. 2运算值，返回值和返回系数的计算如图1所示. 电路接通和断开时的数学表达式: 其中: Uin是电路接通时的电路输入电压（工作电压）. 开（关）和返回电压）; U1是二极管D2两端的电压； U3是二极管D1和晶体管T2两端的电压；假设设计电路的相对工作值达到75％，相对返回值达到40％，那么R1和R2的电阻分别选择1kΩ和1.5kΩ.

计算如下: 从以上计算可以看出，继电器接通时输入电压为17.7 V，动作值为73.8％，继电器接通时输入电压为10.2V. 断开，动作值为42.5％. 继电器的导通电压和截止电压之间有足够的余量，以确保继电器可以在临界值下准确运行. 1.2隔离电路本文使用光耦合器（Optical Coupler，OC）作为继电器的隔离电路. 光耦合器是一种半导体光电器件，具有体积小，寿命长，抗干扰能力强，工作温度范围宽，无触点输入和输出等特性以及完全电隔离的特点. 该设计使用适合表面安装的TLP127型光耦合器. TLP127由砷化镓红外发光二极管，到达Linton光电晶体管的光耦合器和不可分离的基极发射电阻器组成，广泛用于可编程控制器，DC输出模块，电信和其他方面. 1. 3输出电路输出电路由两级放大电路组成，该放大电路由开关管T3和T4以及续流二极管D3组成. 输出电路完全由输入电路控制. 当输入电压使光电耦合器导通时，输出电路导通. ，即继电器打开，否则关闭. 可以看出，继电器的输出稳定在一定值，不受负载的影响，端口相对独立.

从以上对电路各部分的原理分析可以看出，上述设计方案在理论上可以用小电流控制大电流，同时可以分离电路的导通电压和截止电压. 继电器，并具有固态继电器的开关功能. 2电路仿真和参数测试考虑到系统的可实现性，本文采用Multisim进行仿真. Multisim是加拿大交互式图像技术公司在Windows环境下发布的电路仿真软件. 它不仅具有电路瞬态分析和稳态分析，时域和频域分析，噪声分析和直流分析的基本功能，而且还提供了离散傅里叶电路分析方法，例如傅里叶分析，电路零极点分析，交流和直流灵敏度分析和电路容限分析. 由于仿真软件和实际组件之间的差异，因此仿真实验只能对电路设计进行定性分析，并且要在物理电路板上测试特定的参数. 2.1电路仿真根据设计方案，在Multisim中构建电路原理图. 输入为线性电压源，电压范围为0〜24V. 在仿真电路中，使用24 V DC电源和电阻R来仿真连接到继电器输出的受控环路. 在输入电压上升期间，当电路接通时，输出端子电压将迅速下降. 在输入电压下降期间，当电路关闭时，输出端子电压将迅速上升.

输入电压上升和下降过程的波形分别如图2和图3所示. 对图2和3的分析表明，当输入电压从0 V逐渐增加到24 V时，电路工作电压值约为17.887 V，而当电压从24 V逐渐降低到0 V时，电路电压返回大约为10.212V. 模拟作用值类似于上述计算作用值直流固态继电器 原理图，并且考虑到模拟误差，两者的结果是一致的. 2. 2电路参数测量参数测量是在物理电路板上执行的，主要用于开关电压测量和导通时间测量. 物理电路板如图4所示. 2. 2. 1输入/输出电压特性根据继电器输入电压和输出电压参数的测量结果，输入/输出电压特性如图5所示. 从中可以看出直流固态继电器 原理图，动作结果与计算值一致，继电器的导通电压和截止电压是分开的，并且有足够的工作裕量来实现继电器的磁滞功能. 2. 2. 2接通时间测量接通时间是指从施加到常开固体继电器输入端子的电压达到保证的接通电压到输出端子电压达到其导通电压的90％的时间间隔. 最终值. 接通时间是衡量继电器动作的准确性和可靠性的重要指标，因此在测试中，通过测量继电器接通时间来检查继电器动作是否准确.

在实验中，测量了18 V，20 V和24 V这三个输入电压的导通时间. 表1中显示了测量数据，图6至8中显示了示波器波形. 从表1和上述波形可以看出，随着输入电压的降低，导通时间也相应增加. 通常，在输入电压超过工作电压后，继电器可以在很短的时间内导通，动作准确，可以实现理想的开关功能. 电路的仿真分析和参数测量结果表明，本文提出的新型直流固态继电器的设计方案可以实现继电器的基本功能，而磁滞特性设计使继电器在临界温度下可以准确地工作. 电压，这是一个理想的解决方案. 3结论本文提出的直流固态继电器的设计方案是比较新的. 通过在控制电路中设置一个正反馈环路，可以实现继电器的导通电压和截止电压的分离. 仿真结果和参数测量结果表明该方案是完全可行的. 继电器具有良好且可调节的磁滞特性，可以防止严重抖动并准确运行. 同时，继电器输出不受负载影响，输入和输出端口相对独立. 设计的最大优势.

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