CN102158214A

CN102158214A - 一种交流固态继电器

Info

Publication number: CN102158214A
Application number: CN 201110009815
Authority: CN
Inventors: 朱虹
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明属于电子技术领域，涉及一种交流固态继电器。它比电磁继电器工作可靠、开关速度快、无噪声无火化、控制电压范围宽、控制电流较小，能与CMOS电路兼容。它在化工、防爆、防潮、防腐蚀或需要与强电隔离的场合有广泛用途。它由输入电路、光电耦合器、双向晶闸管触发电路及其功率输出负载电路、保护电路组成，输入电路为恒流电路，其特征是硅晶体管BG1集电极同接硅晶体管BG2基极和电阻R1一端，电阻R1另一端接输入端(IN)和光电耦合器(G1)1脚，硅晶体管BG2集电极接光电耦合器(G1)的2脚，硅晶体管BG1基极接硅晶体管BG2发射极和电阻R2一端，电阻R2另一端与硅晶体管BG1发射极、电路地(GND)相连。

Description

一种交流固态继电器

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种交流固态继电器。

背景技术

固态继电器作为电子开关，其通与断无机械接触部件，比普通电磁继电器工作可靠、开关速度快、无噪声与火化，加上控制电流较小，能与CMOS电路兼容。因此，固态继电器已广泛应用于计算机接口装置、电炉加热恒温系统、遥控系统、工业自动化装置、照明舞台灯光控制、仪器仪表、自动洗衣机、保安系统，以及作为电网功率因素补偿的电力电容的切换开关等。另外，在化工、防爆、防潮、防腐蚀或需要与强电隔离的场合都有着广泛的用途。

固态继电器是一种由固态电子组件组成的新型无触点开关，利用电子组件的开关特性，达到无触点、无火花而接通和断开重负载的目的。因此，它被称作为“无触点电子开关”，固态继电器在很多场合可取代普通电磁继电器。

固态继电器一般由控制部分、光电耦合器隔离部分及功率输出控制部分组成。根据实际应用，负载的供电电源无论是交流电还是直流电，在制作时选用不同类型的光电耦合器及功率输出控制元件。供电电源为交流时，光电耦合器可选用MOC306x系列(受光器件可看作光控的双向触发二极管)，功率控制元件可用单向晶闸管或双向晶闸管。

经过多种方案试验、比较和分析，本发明仅使用少量普通元器件实现了装置结构简单、造价低的要求。

以下详细说明这种交流固态继电器制作的涉及相关技术。

发明内容

发明目的及有益效果：本发明可作为电子控制开关，其通断无机械接触部件，比普通电磁继电器工作可靠、开关速度快、无噪声与火化，控制电压范围宽、控制电流较小，能与CMOS电路兼容。因此，固态继电器可应用于计算机接口装置、电炉加热恒温控制系统、遥控系统、工业自动化装置、照明舞台灯光控制、仪器仪表、自动洗衣机、保安系统等。另外，交流固态继电器在化工、防爆、防潮、防腐蚀或需要与强电隔离的场合都有着广泛用途。

技术特征：交流固态继电器，由输入电路、光电耦合器、双向晶闸管触发电路及其功率输出负载电路、保护电路组成，输入电路由分立元件构成恒流电路，其特征是：硅晶体管BG1的集电极同接硅晶体管BG2基极和电阻R1的一端，电阻R1的另一端同接输入端(IN)和光电耦合器(G1)的1脚，硅晶体管BG2的集电极接光电耦合器(G1)的2脚，硅晶体管BG1的基极同接硅晶体管BG2的发射极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端与硅晶体管BG1的发射极、电路地(GND)相连。

其他部分电路中元器件相互之间的连接关系

1.双向晶闸管触发电路及其功率输出负载电路，其连接关系是：双向晶闸管(BT)的控制极(G)串接电阻R3后接光电耦合器(G1)的4脚，光电耦合器(G1)的6脚同接双向晶闸管(BT)的第一阳极(T1)和白炽灯(HL)的一端，白炽灯(HL)的另一端接市电的火线端(L)，双向晶闸管(BT)的第二阳极(T2)接市电的零线端(N)。

2.保护电路中的电阻R4的一端接双向晶闸管(BT)的第一阳极(T1)，电阻R4的另一端接电容C1一端，电容C1另一端接双向晶闸管(BT)的第二阳极(T2)。

电路工作原理

交流固态继电器由电阻R1、电阻R2、硅晶体管BG1、硅晶体管BG2构成恒流电路，保证了控制电压在大范围变动时，光电耦合器G1能够可靠工作。在控制端加上电压时，电流流过电阻R1使硅晶体管BG2导通，则硅晶体管BG1也导通，硅晶体管BG1发射极与基极间电压始终保持在0.6V，即：电阻R2两端电压约为0.6V，所以流过电阻R2的电流为0.6V/R2，那么流过光电耦合器G1的电流也为0.6V/R2，基本不随控制电压的变化而变化。当电路中的电阻R1为51Ω，控制电压可在3～28V之间变化，硅晶体管BG2的集电极电流维持约为10mA，电流的变化量不超过±1mA。光电耦合器G1实现了以光为介质的信号传输，使输入/输出端能够可靠隔离，隔离区的耐压大于1kV。功率控制元件选用双向晶闸管(BT)，电阻R3为触发限流电阻，电阻R4与电容C1串联后用来吸收电路中的瞬间峰值电压，从而保护双向晶闸管(BT)不被击穿。

附图说明

1.附图是交流固态继电器的电路工作原理图。

2.附图中的G1为光电耦合器，其为6只引脚，实际使用1脚、2脚、4脚和6脚，3脚和5脚为空脚。

具体实施方式

以下结合说明书的附图和实施例对本发明的相关技术作进一步的描述。

元器件的选择及其技术参数

1.BG1、BG2均选用2CS9013型NPN晶体管，要求放大倍数β≥150。

2.G1为光电耦合器，本实施例选用的型号为4N25或4N26，或选MOC3063，这几种光电耦合器均为DIP双列直插式封装。

3.BT为双向晶闸管，双向晶闸管(BT)的参数决定着固态继电器的带负载能力，本实施例晶闸管(BT)选用BT136或BCR3AM，其负载电流最大为3A；若负载电流较大，双向晶闸管(BT)可选用BCR10AM，最大工作电流可达10A；若负载电流小于1A，双向晶闸管(BT)可使用MAC97A6等型号，这也有利于缩小本装置的几何尺寸；以上所述型号的双向晶闸管均为TO-220塑料封装。

4.电阻全部采用RTX-1/4W型金属膜电阻，电阻R1的阻值为6.8KΩ；电阻R2～R4的阻值均为51Ω。

5.电容C1容量为0.01μF，耐压值要求不小于400V。

6.HL为220V的白炽灯，本实施例选用25～100W。

制作方法与电路调试

整个电路可以在一小块PCB板上制作完成，PCB板大小为30mm(长)×18mm(宽)。若负载电源使用220V交流电时，制作中要特别注意输入端与输出端要尽量远离。电路应留出输入/输出端4个引脚，为了便于区分和使用，电路的信号输入端可采用较细的引线，且正极留得长一些，输出端可采用较粗的引线。这样在使用时无需任何标识便可以根据引脚的引线区别输入/输出端。焊好的PCB板经测试无误后可以装入到适当大小的塑料绝缘盒里。双向晶闸管(BT)为功率元件，必要时可为其加装散热器。

当然，在已知输入电压变化范围不大情况下，我们可以将恒流部分省略掉。

本发明所述的交流固态继电器的下限输入电压为3V，上限输入电压要控制在28V以下。

Claims

1.一种交流固态继电器，由输入电路、光电耦合器、双向晶闸管触发电路及其功率输出负载电路、保护电路组成，输入电路由分立元件构成恒流电路，其特征是：硅晶体管BG1的集电极同接硅晶体管BG2基极和电阻R1的一端，电阻R1的另一端同接输入端(IN)和光电耦合器(G1)的1脚，硅晶体管BG2的集电极接光电耦合器(G1)的2脚，硅晶体管BG1的基极同接硅晶体管BG2的发射极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端与硅晶体管BG1的发射极、电路地(GND)相连。

2.根据权利要求1所述的交流固态继电器，双向晶闸管触发电路及其功率输出负载电路由光电耦合器(G1)、双向晶闸管(BT)、电阻R3和白炽灯(HL)组成，其特征是：双向晶闸管(BT)的控制极(G)串接电阻R3后接光电耦合器(G1)的4脚，光电耦合器(G1)的6脚同接双向晶闸管(BT)的第一阳极(T1)和白炽灯(HL)的一端，白炽灯(HL)的另一端接市电的火线端(L)，双向晶闸管(BT)的第二阳极(T2)接市电的零线端(N)。

3.根据权利要求1所述的交流固态继电器，其特征是：保护电路中电阻R4的一端接双向晶闸管(BT)的第一阳极(T1)，电阻R4的另一端接电容C1的一端，电容C1的另一端接双向晶闸管(BT)的第二阳极(T2)。