CN106383544B - 交流24v开关具有电流隔离型的ssr控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器，包括一振荡器，振荡器的输出端与信号开关器的输入端连接；信号开关器的使能端EN与D触发器的输出端Q连接，信号开关器的输出端YO、Y1连接至第一变压器的一次侧；第一变压器的二次侧与整流倍压电路的输入端连接，整流倍压电路对第一变压器的二次侧的高频电压信号进行整流和倍压处理，输出直流信号；整流倍压电路的输出端与用于控制第一功率MOS管和第二功率MOS管的触发电路的输入端连接；第一功率MOS管、第二功率MOS管及、第二变压器的二次侧及电磁继电器的线圈构成回路，电磁继电器的常开触点控制设置于市电与用电设备之间。本发明用于安全、可靠、便捷地对机电设备进行无触点控制。

Description

交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器及其控制方法

技术领域

本发及明涉一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器及其控制方法。

背景技术

随着微电子技术、电子计算机技术、现代通讯技术、光电子技术以及空间技术的飞速发展，对继电器技术提出了新的要求，新工艺、新技术的发展无疑对继电器技术的发展起到促进作用。微电子技术和超大规模IC的飞速发展对继电器也提出了新的要求。第一是小型化和片状化。如IC封装的军用TO－5(8.5×8.5×7.0mm)继电器，它具有很高的抗振性，可使设备更加可靠；第二是组合化和多功能化，能与IC兼容、可内置放大器，要求灵敏度提高到微瓦级；第三是全固体化。固体继电器灵敏度高，可防电磁干扰和射频干扰。计算机技术的普及使得微机用继电器的需求量显著增加，带微处理器的继电器将迅速发展。80年代初，美国生产的数字式时间继电器就可用指令对继电器进行控制，继电器与微处理器的组合发展，可形成一个小巧完善的控制系统。由计算机控制的工业机器人目前以每年3.5％的速度增长，现在，计算机控制的生产体制已能在一条生产线上生产多种低成本的继电器，并可自动完成多种操作及测试工作。通讯技术的发展对继电器的发展具有深远的意义。一方面是由于通讯技术的迅速发展使整个继电器的应用增加。另一方面，由于光纤将是未来信息社会传输的主动脉，在光纤通讯、光传感、光计算机、光信息处理技术的推动下将出现光纤继电器、舌簧管光纤开关等新型继电器。电磁继电器(EMR)从最初使用电话继电器算起，至今已有150多年的历史了。伴随着电子工业的发展，特别是20世纪70年代初期光耦合技术的突破，使固态继电器(SSR，亦称电子继电器)异军突起。同传统继电器相比，它具有寿命长、结构简单、重量轻、性能可靠等优点。固态继电器没有机械开关，而且具有诸如与微处理器高度兼容、速度快、抗冲击、耐振、低漏电等重要特性。同时，由于这种产品没有机械接点，不产生电磁噪声，从而不需要附加诸如电阻和电容等元件来保持静音。而传统继电器则需要这些附加元件，因此，传统继电器往往笨重而复杂，且成本较高。

传统的SSR固态继电器，一般由分立元器件、膜固定电阻网络和芯片，采用混合工艺组装来实现控制回路(输入电路)与负载回路(输出电路)的电隔离及信号耦合，由固态器件实现负载的通断切换功能，内部无任何可动部件。一般采用以上各种技术分别对应不同的应用场合，技术发展已经相对比较成熟，而且在行业内已经具有一定的标准和通用性，但普遍还存在以下缺点。

（1）导通后的管压降大，可控硅或双相控硅的正向降压可达1~2V，一般功率场效应管的导通电阻也较机械触点的接触电阻大。

（2）半导体器件关断后仍可有数微安至数毫安的漏电流，因此不能实现理想的电隔离。

（3）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大，大功率固态继电器的体积远远大于同容量的电磁继电器，成本也较高。

（4）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器或RC阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器及其控制方法，以便于安全、可靠、便捷地对机电设备进行无触点控制。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器，其特征在于：包括一振荡器，所述振荡器的输出端与信号开关器的输入端连接，提供一振荡信号；所述信号开关器的使能端EN与D触发器的输出端Q连接，所述信号开关器的输出端YO、Y1连接至第一变压器的一次侧，在使能端EN输入低电平时信号开关器处于正常工作状态，输出端YO、Y1产生一高频电压信号，在使能端EN输入高电平时信号开关器处于无效状态，输出端YO、Y1不产生任何信号；所述第一变压器的二次侧与整流倍压电路的输入端连接，所述整流倍压电路对第一变压器的二次侧的高频电压信号进行整流和倍压处理，输出直流信号；所述整流倍压电路的输出端与用于控制第一功率MOS管和第二功率MOS管的触发电路的输入端连接，所述第一功率MOS管的源极、第二功率MOS管的源极与触发电路的第一输出端连接，所述第一功率MOS管的栅极、第二功率MOS管的栅极与触发电路的第二输出端连接；所述第一功率MOS管的漏极与第二变压器的二次侧的一端连接，所述第二变压器的二次侧的另一端与电磁继电器的线圈的一端连接，所述电磁继电器的线圈的另一端与第二功率MOS管的漏极连接，所述电磁继电器的常闭触点与第二变压器的一次侧的一端连接，所述电磁继电器的常开触点与用电设备的一输入电连接，所述用电设备的另一输入端与第二变压器的一次侧的另一端连接，所述第二变压器的一次侧还连接至市电。

进一步的，还包括一备用电池，所述第二变压器的二次侧与整流电路连接，所述整流电路与所述备用电池连接，所述备用电池经一逆变电路与所述用电设备连接，为其供电。

进一步的，所述第一功率MOS管和第二功率MOS管采用IPB100N10S3-05功率场效应管。

进一步的，所述第一变压器的匝数比为1:3。

一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器的控制方法，其特征在于：包括导通模式和截止模式，

所述导通模式包括以下步骤：

步骤A1：在D触发器的PRE端输入“1”，D触发器的Q端输出低电平，信号开关器工作在正常状态；

步骤A2：振荡器产生的振荡信号顺利通过信号开关器，在信号开关器的输出端YO、Y1产生一高频电压信号；

步骤A3：所述高频电压信号经第一变压器变压后在整流倍压电路中进行整流和倍压处理，生成一直流信号；

步骤A4：在直流信号的作用下，驱动信号控制第一功率MOS管和第二功率MOS管导通构成回路，电磁继电器的线圈得电，位于用电设备输入端的常开触点闭合，市电为用电设备供电；

所述截止模式包括以下步骤：

步骤B1：在D触发器的CLR端输入“1”，D触发器的Q端输出高电平，信号开关器工作在无效状态；

步骤B2：振荡器产生的振荡信号无法通过信号开关器；

步骤B3：第一功率MOS管和第二功率MOS管处于截止状态，电磁继电器的线圈未得电，位于用电设备输入端的常开触点断开；

步骤B4：备用电池通过逆变电路为用电设备供电。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明结合了传统的SSR以及现代电子技术和集成电路，为住宅及商业自动化领域提供了更安全、更可靠、更灵活的无触点控制方式。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明一实施例的整流倍压电路的结构示意图。

图3是本发明一实施例的触发电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器，其特征在于：包括一振荡器，所述振荡器的输出端与信号开关器的输入端连接，提供一频率为300KHz、占空比为50%的振荡信号；所述信号开关器的使能端EN与D触发器的输出端Q连接，所述信号开关器的输出端YO、Y1连接至第一变压器T1的一次侧，在使能端EN输入低电平时信号开关器处于正常工作状态，输出端YO、Y1产生一接近3V的高频电压信号，在使能端EN输入高电平时信号开关器处于无效状态，输出端YO、Y1不产生任何信号；所述第一变压器的二次侧与整流倍压电路的输入端连接，第一变压器的匝数比为1:3，因此其二次侧产生10V左右的高频电压，所述整流倍压电路对第一变压器的二次侧的高频电压信号进行整流和倍压处理，输出15V的直流信号作为驱动信号；所述整流倍压电路的输出端与用于控制第一功率MOS管和第二功率MOS管的触发电路的输入端连接，所述第一功率MOS管的源极、第二功率MOS管的源极与触发电路的第一输出端连接，所述第一功率MOS管的栅极、第二功率MOS管的栅极与触发电路的第二输出端连接；所述第一功率MOS管的漏极与第二变压器T2的二次侧的一端连接，所述第二变压器的二次侧的另一端与电磁继电器的线圈L1的一端连接，所述电磁继电器的线圈L1的另一端与第二功率MOS管的漏极连接，所述电磁继电器的常闭触点与第二变压器的一次侧的一端连接，所述电磁继电器的常开触点与用电设备的一输入电连接，所述用电设备的另一输入端与第二变压器的一次侧的另一端连接，所述第二变压器的一次侧还连接至市电。

请继续参照图1，还包括一备用电池，所述第二变压器的二次侧与整流电路连接，所述整流电路与所述备用电池连接，所述备用电池经一逆变电路与所述用电设备连接，为其供电。

如图2所示是本发明一实施例的整流倍压电路的结构示意图，其中第一变压器T1的二次侧接入CON4中的T0,T1端，经过由IN4007构成二倍压电路，在经过由一对互补型三极管构成的线性稳压电路输出，经过IN4744A 的15v稳压二极管输出端接H1,L1。

如图3所示是本发明一实施例的触发电路的结构示意图，当触发电路接收到信号也就是图2中整流倍压电路的H1、L1发出信号，触发第一功率MOS管和第二功率MOS管进入工作状态，即图中的H0将打开M1，M2的Gate端，管子进入闭合，M1,M2 的Drain接在交流两端，正半周期将通过M1，负半周期通过M2，形成完整的交流周期。

于本实施例中，所述第一功率MOS管和第二功率MOS管采用IPB100N10S3-05功率场效应管；VDS击穿电压为100 V、内阻RDS(on),max 4.8mΩ，ID可以达到100A。

本发明还提供一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器的控制方法，其特征在于：包括导通模式和截止模式，

所述导通模式包括以下步骤：

步骤A1：在D触发器的PRE端输入“1”，D触发器的Q端输出低电平，信号开关器工作在正常状态；

步骤A2：振荡器产生的频率为300KHz、占空比为50%的振荡信号顺利通过信号开关器，在信号开关器的输出端YO、Y1产生一接近3V的高频电压信号；

步骤A3：所述高频电压信号经第一变压器变压后的10V高频电压在整流倍压电路中进行整流和倍压处理，生成一18V的直流信号；

步骤A4：在直流信号的作用下，驱动信号控制第一功率MOS管和第二功率MOS管导通构成回路，电磁继电器的线圈得电，位于用电设备输入端的常开触点闭合，即图1中的K1闭合，市电为用电设备供电；

所述截止模式包括以下步骤：

步骤B1：在D触发器的CLR端输入“1”，D触发器的Q端输出高电平，信号开关器工作在无效状态；

步骤B2：振荡器产生的振荡信号无法通过信号开关器；

步骤B3：第一功率MOS管和第二功率MOS管处于截止状态，电磁继电器的线圈未得电，位于用电设备输入端的常开触点断开，及图1中的K1断开；

步骤B4：备用电池通过逆变电路为用电设备供电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器，其特征在于：包括一振荡器，所述振荡器的输出端与信号开关器的输入端连接，提供一振荡信号；所述信号开关器的使能端EN与D触发器的输出端Q连接，所述信号开关器的输出端YO、Y1连接至第一变压器的一次侧，在使能端EN输入低电平时信号开关器处于正常工作状态，输出端YO、Y1产生一高频电压信号，在使能端EN输入高电平时信号开关器处于无效状态，输出端YO、Y1不产生任何信号；所述第一变压器的二次侧与整流倍压电路的输入端连接，所述整流倍压电路对第一变压器的二次侧的高频电压信号进行整流和倍压处理，输出直流信号；所述整流倍压电路的输出端与用于控制第一功率MOS管和第二功率MOS管的触发电路的输入端连接，所述第一功率MOS管的源极、第二功率MOS管的源极与触发电路的H0输出端连接，所述第一功率MOS管的栅极、第二功率MOS管的栅极与触发电路的L0输出端连接；所述第一功率MOS管的漏极与第二变压器的二次侧的一端连接，所述第二变压器的二次侧的另一端与电磁继电器的线圈的一端连接，所述电磁继电器的线圈的另一端与第二功率MOS管的漏极连接，所述电磁继电器的常闭触点与第二变压器的一次侧的一端连接，所述电磁继电器的常开触点与用电设备的一输入端电连接，所述用电设备的另一输入端与第二变压器的一次侧的另一端连接，所述第二变压器的一次侧还连接至市电；还包括一备用电池，所述第二变压器的二次侧与整流电路连接，所述整流电路与所述备用电池连接，所述备用电池作为经一逆变电路与所述用电设备连接，为其供电；所述第一功率MOS管和第二功率MOS管采用IPB100N10S3-05功率场效应管。

2.根据权利要求1所述的交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器，其特征在于：所述第一变压器的匝数比为1:3。

3.一种基于权利要求1所述的交流24V开关具有电流隔离型的SSR控制器的控制方法，其特征在于：包括导通模式和截止模式，所述导通模式包括以下步骤：

步骤A1：在D触发器的PRE端输入“1”，D触发器的Q端输出低电平，信号开关器工作在正常状态；

步骤A2：振荡器产生的振荡信号顺利通过信号开关器，在信号开关器的输出端YO、Y1产生一高频电压信号；

步骤A3：所述高频电压信号经第一变压器变压后在整流倍压电路中进行整流和倍压处理，生成一直流信号；

步骤A4：在直流信号的作用下，驱动信号控制第一功率MOS管和第二功率MOS管导通构成回路，电磁继电器的线圈得电，位于用电设备输入端的常开触点闭合，市电为用电设备供电；

所述截止模式包括以下步骤：

步骤B1：在D触发器的CLR端输入“1”，D触发器的Q端输出高电平，信号开关器工作在无效状态；

步骤B2：振荡器产生的振荡信号无法通过信号开关器；

步骤B3：第一功率MOS管和第二功率MOS管处于截止状态，电磁继电器的线圈未得电，位于用电设备输入端的常开触点断开；

步骤B4：备用电池通过逆变电路为用电设备供电。